【KW41设计大赛】1、初识NXP之KW41Z与FRDM-KW41Z开发套件

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    计划利用这次大赛的机会，制作一个震动监测仪，这个“创意”来自于工作中的实际需求：
    一种电机驱动的可自主移动的平台（可以理解为一款自主导航小车），平台上的承载物要求不能够有较大的震动。而承载物的震动受多个因素的影响：
    1、平台自身的设计因素比如驱动部分的减震结构等；
    2、运动过程中的影响因素如平台启动和停止时的加速度；
    3、路面的平整度以及行驶速度等等。
    因此为了对设计因素进行评估，需要一个轻巧的震动测试记录设备，可以在相同的运动条件下，调整减震结构以及软件的相关的配置，来优化平台的减震效果。

    本次大赛提供了FRDM-KW41Z开发套件，其基本特性如下：
    FRDM-KW41Z是采用基于ARM® Cortex®-M0+处理器的Kinetis® W系列KW41Z/31Z/21Z (KW41Z)系列支持的开发套件，具有集成的2.4 GHz收发器，支持Bluetooth® Smart/Bluetooth®Low Energy (BLE) v4.2、Generic FSK、IEEE® 802.15.4和Thread协议。

    FRDM-KW41Z套件包含两个Freedom电路板，可用作与主处理器连接的开发板或Shield扩展板。FRDM-KW41Z的规格与Arduino™ R3引脚布局兼容，提供了更多的扩展选项。

    FRDM-KW41Z高灵敏度、优化的2.4 GHz无线电具有PCB F天线(可以绕过它，通过SMA连接进行测试)、多个电源选项、推拉式及电容式触摸按钮、开关、LED和集成传感器。

• 可配置为与主处理器连接的主电路板或Shield扩展板
• 支持所有DC-DC配置(降压、升压和旁路)
• PCB反向F型天线
• SMA RF接头
• 获得射频监管认证
• OTA固件升级的串行闪存
• 板载恩智浦FXOS8700CQ数字传感器、3D加速度传感器 (±2g/±4g/±8g) + 3D磁力计
• OpenSDA和JTAG调试
• 全面的KSDK支持
  

   当然针对评估套件更为详细的信息可以直接参考NXP官方网站的介绍。
    对于震动的测试设备，我们希望是体积小，重量轻。对于测试测量的精度要求并不高，但是要求测试结果的重复性好，测试数据能够记录和实时传输。
    而这款FRMD-KW41Z正好满足这个需求：采用Cortex M0+ MCU，512KFlash和128 SRAM， BLE Link Layer Hardware，完全可以满足信息采集、处理与传输的需求。集成了FXOS8700CQ 6-Axis传感器，它有 14-bit resolution for acceleration measurements 和 16-bit resolution for magnetic measurements，最高达800Hz的数据输出频率（只使用一种传感器时），完全可以满足震动测试的需求。
另外，板载了PTC，同时可以记录测试时的环境温度。工作中通过BLE和上位机连接，实时查看系统的震动情况和记录震动曲线。由于BLE4.2的带宽显著提高，功耗有效降低，可大幅提高电池寿命。
    系统做了改进后，也可以应用到物流行业，作为特殊物品运输过程中的震动监测记录。
    MCU的框图为：

    KW41Z采用的是Cortex M0+内核，相对于Cortex M0，在能耗方面的改进和性能的提升，主要有：    1、功率的消耗降到尽可能低的9uA/MHz
    2、性能提升至1.77CoreMark/MHz
    3、中断等待时间比M0减少了1个cycle
    4、单周期访问的快速IO口更易于bit-banging和软件模拟仿真，使得模拟IIC、SPI这种协议的通信时钟更快。
    5、较普通IO口快了50%
    6、快速GPIO控制器(FGPIO)对于所有引脚可进行置1、清0、翻转操作。  用于改善用户调试体验的片上micro trace buffer（MTB）
    7、优化的捕获机制只在用户配置的系统RAM中存储程序流信息的变化。
    8、支持向量表重定位；允许将中断向量表重定位到RAM中，使得中断在flash编译的时候仍可继续执行。  存储器保护单元（MPU）
    9、可选配的安全组件用于保护操作系统和关键数据的安全。

    在这个设计中，主要用到的外设有：

    LPUART0：低功耗串口，用于调试控制台；这个是通过OPENSDA接入后在电脑中虚拟出串口。对应于KW41Z的UART0

    I2C总线，用于和FXOS8700CQ通讯；

    ADC：用于温度传感器（热敏电阻）信息采集或电池电压检测，在开发套件上，通过J35进行切换（所以温度和电池电压的采集只能二选一，默认为温度传感器）；

    LPTMR：低功耗定时器，用于触发定时采集温度等；

    当然还有RF部分，2.4 GHz Multi-Protocol Radio，这里用到的是Bluetooth，这个放到后面再说。

    另外需要关注的是板子上用的晶振为32MHz和32.768KHz。

    电源的配置上采用默认的ByPass Mode。

    通过FRDM-KW41Z Freedom Development BoardUser's Guide我们知道，这块板子支持4中不同的供电模式，

    • Through the micro USB type B connector (J6), which provides 5 V to the P5V_USB signal intothe 3V3 LDO (U17)

    • Through the Freedom development board headers, which provide either P3.3V or P5-9V_VIN onheader J3 pin-8 to LDO 3V3 (U17)

    • From an external battery (Coin-cell – CR2032)

    • From an external DC supply in the following ways:— Connect an adapter that can supply 1.8 to 3.6 VDC to J19 pins using the selector J23 pin2-3— Connect an unregulated external supply (of up to 5.5 VDC) to J19 pin 1 and the GND pinto use the on board 3.3 V LDO regulator (using the selector J23 pin 1-2).

    Thesemodes are Bypass, Buck (Manual-Start), Buck (Auto-Start), and Boost.开发套件默认的为ByPass模式。

    接下来开始搭建开发环境……

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