Freescale MK20DN512Z

Отличный выбор микроконтроллера. Freescale MK20DN512Z (ныне производится компанией NXP Semiconductors) — это высокопроизводительный, энергоэффективный 32-битный МК семейства Kinetis K20 на ядре ARM Cortex-M4.

Краткое описание

Микроконтроллер MK20DN512Z предназначен для сложных встраиваемых приложений, требующих высокой вычислительной мощности, богатой периферии и низкого энергопотребления. Наличие блока вычислений с плавающей запятой (FPU) и контроллера DMA делает его идеальным для задач цифровой обработки сигналов (DSP), промышленной автоматизации, медицинского оборудования, сложных интерфейсов управления и устройств с сенсорным вводом.

Ключевые технические характеристики

1. Ядро и производительность:

• Ядро: ARM Cortex-M4 с блоком FPU (Floating Point Unit).
• Тактовая частота: До 50 МГц (на частоте ядра).
• Производительность: ~1.25 DMIPS/MГц.

2. Память:

• Флэш-память: 512 КБ.
• ОЗУ (SRAM): 128 КБ.
• EEPROM: Нет (часто эмулируется во флэш).

3. Периферия и интерфейсы (одно из главных преимуществ):

• USB: Контроллер USB 2.0 Full-Speed (12 Мбит/с) со встроенным физическим уровнем (PHY). Поддержка режимов Device, Host и OTG.
• Аналоговые интерфейсы:
  • АЦП: 16-битный АЦП с высокой точностью (до 1 Мвыб/с).
  • ЦАП: 12-битный ЦАП.
  • Компараторы: Аналоговые компараторы высокого быстродействия (CMP).
• Таймеры:
  • PWM: Модули FlexTimer (FTM) с расширенными функциями ШИМ.
  • RTC: Часы реального времени с календарём и будильником.
  • PIT: Программируемый интервальный таймер.
  • LPTMR: Таймер низкого энергопотребления.
• Коммуникационные интерфейсы:
  • UART/SCI: До 6 модулей (с поддержкой LIN).
  • SPI: До 3 модулей.
  • I²C: До 2 модулей (поддержка SMBus).
  • I²S: Интерфейс для аудио.
• Системные:
  • DMA: Контроллер прямого доступа к памяти (16 каналов).
  • CRC: Генератор/верификатор контрольной суммы.
  • TRNG: Генератор истинно случайных чисел (важно для безопасности).

4. Работа от питания и энергопотребление:

• Напряжение питания: 1.71 – 3.6 В.
• Режимы низкого энергопотребления: Run, Wait, Stop, VLPS (Very Low Power Stop) и др.
• Внутренние источники тактирования: Генераторы с точной подстройкой (IRC).

5. Пакет и рабочие условия:

• Корпус: 144-выводной LQFP.
• Температурный диапазон: Обычно -40°C до +105°C (промышленный).

Парт-номера (Part Numbers) и варианты поставки

Основная модель часто указывается с суффиксами, определяющими температурный диапазон и тип лотка.

• MK20DN512ZVLL10 – Наиболее распространённый парт-номер.
  • V = Напряжение 1.71–3.6 В, промышленный диапазон (-40°C to +105°C).
  • LL = Корпус 144-LQFP.
  • 10 = Максимальная частота ядра 50 МГц.
• MK20DN512ZVFM10 – Корпус 121- MAPBGA (более компактный).
• MK20DN512ZVLQ10 – Аналог VLL10, возможна альтернативная маркировка.

Важно: Последние цифры (например, R в конце) могут обозначать вариант поставки (например, на ленте и катушке). Всегда проверяйте даташит или уточняйте у поставщика.

Совместимые и аналогичные модели (NXP Kinetis K20 & K2x)

Совместимость бывает пиновая (pin-to-pin) и программная (на базе одного ядра и периферии).

1. Прямые аналоги и варианты в том же семействе (максимальная совместимость):

• MK20DX256Z – Модель с 256 КБ флэш и 64 КБ ОЗУ. Полная пиновая и программная совместимость, меньше памяти.
• MK20DN256Z – Аналогично, но, возможно, с другими вариантами периферии.
• Серия MK22F – Более новая подсерия K2x с повышенной частотой (до 120 МГц), улучшенной аналоговой периферией и расширенными криптографическими функциями. Например, MK22FN512 часто является рекомендуемой миграционной заменой с более высокой производительностью. Требует проверки пинов и даташита.
• Другие МК в линейке K20 с тем же корпусом 144-LQFP: Модели с другим объёмом памяти (MK20DN128Z, MK20DN64Z) или без USB (MK10DN512Z). Внимание: Отсутствие USB или других модулей может освобождать пины, но общая разводка корпуса часто совпадает.

2. Программно-совместимые модели (ядро Cortex-M4, та же экосистема):

• Все микроконтроллеры NXP Kinetis серий K2x, K4x, K6x, K7x на ядре Cortex-M4. Код легко переносится между семействами с использованием общего SDK (например, MCUXpresso), но пиновая совместимость отсутствует.
• Микроконтроллеры серии LPC4000 (NXP) – также на Cortex-M4, но совершенно другая периферия и экосистема.

3. Совместимые модели от других производителей (на замену в условиях дефицита): Прямых аналогов нет, но можно искать по набору характеристик:

• STM32F3/F4系列 (STMicroelectronics): Например, STM32F405/415 или STM32F303 с USB и FPU. Требует полного переписывания кода и переразводки платы.
• ATSAMD5x/E5x (Microchip/Atmel): Cortex-M4 с FPU, USB, богатой аналоговой периферией.
• EFM32 Wonder Gecko (Silicon Labs): Cortex-M4, акцент на сверхнизкое энергопотребление.

Рекомендации по миграции и разработке

1. Используйте официальные инструменты: Для разработки под MK20DN512Z оптимально использовать IDE MCUXpresso и SDK от NXP.
2. Проверяйте errata: Перед началом проекта изучите технические уведомления (errata sheet) на конкретную ревизию чипа.
3. При выборе аналога: Для замены в существующей плате ищите модели с пометкой Pin-compatible (P2P) в документации NXP. Для нового проекта рассматривайте более современные аналоги, такие как K22F или микроконтроллеры серии RT500/600.