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《nRF52840：一款强大的物联网芯片详解》 nRF52840是挪威Nordic Semiconductor公司推出的高性能蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy，BLE）芯片，广泛应用于物联网、智能家居、可穿戴设备等领域。其 datasheet 提供了详尽的技术规格和设计指南，帮助开发者充分利用其强大功能。一、核心特性 nRF52840采用了ARM Cortex-M4F处理器，拥有64MHz的工作频率和浮点运算单元（FPU），确保了高效的处理能力和快速响应。这款芯片集成了多种无线协议，包括Bluetooth 5、Thread、Zigbee、802.15.4，以及2.4GHz专有协议，使其在物联网通信中具有极高的灵活性。二、外设与接口 nRF52840具备丰富的外设接口，如USB 2.0全速接口、SPI、I2C、UART等，支持多通道模拟数字转换器（ADC）、数字模拟转换器（DAC）、脉宽调制（PWM）和多个GPIO引脚，便于连接各种传感器和外围设备。此外，它还配备了片上温度传感器、实时时钟（RTC）和精确的晶体振荡器，满足不同应用场景的需求。三、硬件引脚及布局 datasheet 中详细列出了nRF52840的引脚配置和布局，包括电源、接地、输入/输出、复用功能等。这有助于硬件设计师在电路板设计时合理规划空间，确保信号完整性和系统稳定性。四、低功耗特性 nRF52840的一个显著优点是其低功耗设计。芯片内置多种低功耗模式，包括空闲模式、待机模式和睡眠模式，可以根据应用需求智能调整，延长电池寿命。同时，蓝牙5.0的高效传输机制也进一步减少了无线通信时的能耗。五、安全性能在物联网设备安全性日益重要的今天，nRF52840提供了强大的安全特性，如AES-128加密引擎、真随机数发生器（TRNG）、硬件密钥存储，以及安全启动功能，为设备数据和通信提供安全保障。六、软件支持 nRF52840配有全面的开发工具和SDK，包括SoftDevice固件库，使得开发者可以轻松实现蓝牙协议栈和其他无线协议。同时，Nordic的nRF Connect SDK提供了丰富的示例代码和应用程序，加速了产品的开发进程。总结，nRF52840是一款高度集成、功能强大的无线微控制器，适用于对性能、功耗和安全有高要求的IoT应用。通过深入理解和充分利用其 datasheet 提供的信息，开发者可以构建出创新且可靠的物联网解决方案。

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nRF52840datasheet.pdf 9.51MB

Feature list

Features:

• Bluetooth

5, IEEE 802.15.4-2006, 2.4 GHz transceiver

• -95 dBm sensitivity in 1 Mbps Bluetooth

low energy (BLE) mode

• -103 dBm sensitivity in 125 kbps BLE mode (long range)

• +8 dBm TX power (down to -20 dBm in 4 dB steps)

• On-air compatible with nRF52, nRF51, nRF24L and nRF24AP Series

• Supported data rates:

• Bluetooth

5: 2 Mbps, 1 Mbps, 500 kbps and 125 kbps

• IEEE 802.15.4-2006: 250 kbps

• Proprietary 2.4 GHz: 2 Mbps, 1 Mbps

• Single-ended antenna output (on-chip balun)

• 128-bit AES/ECB/CCM/AAR co-processor (on-the-fly packet encryption)

• 4.8 mA peak current in TX (0 dBm)

• 4.6 mA peak current in RX

• RSSI (1 dB resolution)

• ARM

Cortex

-M4 32-bit processor with FPU, 64 MHz

• 212 EEMBC CoreMark score running from flash memory

• 52 µA/MHz running from flash memory

• Watchpoint and trace debug modules (DWT, ETM and ITM)

• Serial wire debug (SWD)

• Rich set of security features

• ARM

TrustZone

Cryptocell 310 security subsystem

• NIST SP800-90A and SP800-90B compliant random number generator

• AES-128: ECB,CBC,CMAC/CBC-MAC,CTR,CCM/CCM*

• Chacha20/Poly1305 AEAD supporting 128- and 256-bit key size

• SHA-1, SHA-2 up to 256 bits

• Keyed-hash message authentication code (HMAC)

• RSA up to 2048-bit key size

• SRP up to 3072-bit key size

• ECC support for most used curves, among others P-256 (secp256r1) and

Ed25519/Curve25519

• Application key management using derived key model

• Secure boot ready

• Flash access control list (ACL)

• Root-of-trust (RoT)

• Debug control and configuration

• Access port protection (CTRL-AP)

• Secure erase

• Flexible power management

• 1.7 V-5.5 V supply voltage range

• On-chip DC/DC and LDO regulators with automated low

current modes

• 1.8 V-3.3 V regulated supply for external components

• Automated peripheral power management

• Fast wake-up using 64 MHz internal oscillator

• 0.4 µA at 3 V in System OFF mode, no RAM retention

• 1.5 µA at 3 V in System ON mode, no RAM retention, wake on

RTC

• 1 MB flash and 256 kB RAM

• Advanced on-chip interfaces

• USB 2.0 full speed (12 Mbps) controller

• QSPI 32 MHz interface

• High-speed 32 MHz SPI

• Type 2 near field communication (NFC-A) tag with wake-on

field

• Touch-to-pair support

• Programmable peripheral interconnect (PPI)

• 48 general purpose I/O pins

• EasyDMA automated data transfer between memory and

peripherals

• Nordic SoftDevice ready with support for concurrent multi-

protocol

• 12-bit, 200 ksps ADC - 8 configurable channels with programmable

gain

• 64 level comparator

• 15 level low-power comparator with wake-up from System OFF

mode

• Temperature sensor

• 4x 4-channel pulse width modulator (PWM) unit with EasyDMA

• Audio peripherals: I2S, digital microphone interface (PDM)

• 5x 32-bit timer with counter mode

• Up to 4x SPI master/3x SPI slave with EasyDMA

• Up to 2x I2C compatible 2-wire master/slave

• 2x UART (CTS/RTS) with EasyDMA

• Quadrature decoder (QDEC)

• 3x real-time counter (RTC)

• Single crystal operation

• Package variants

• aQFN

™

73 package, 7 x 7 mm

4413_417 v1.0

Feature list

Applications:

• Advanced computer peripherals and I/O devices

• Mouse

• Keyboard

• Multi-touch trackpad

• Advanced wearables

• Health/fitness sensor and monitor devices

• Wireless payment enabled devices

• Internet of things (IoT)

• Smart home sensors and controllers

• Industrial IoT sensors and controllers

• Interactive entertainment devices

• Remote controls

• Gaming controllers

4413_417 v1.0

iii

Contents

Feature list. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

1 Revision history. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2 About this document. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Document naming and status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2 Peripheral naming and abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Register tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.1 Fields and values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4.1 DUMMY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Block diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Core components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.1 CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.1.1 Floating point interrupt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.1.2 CPU and support module configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.1.3 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2 Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2.1 RAM - Random access memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2.2 Flash - Non-volatile memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2.3 Memory map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2.4 Instantiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 NVMC — Non-volatile memory controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.3.1 Writing to flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.3.2 Erasing a page in flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.3 Writing to user information configuration registers (UICR) . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.4 Erasing user information configuration registers (UICR) . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.5 Erase all . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.6 Access port protection behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.7 Partial erase of a page in flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.8 Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.3.9 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.3.10 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.4 FICR — Factory information configuration registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.4.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.5 UICR — User information configuration registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.5.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.6 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.6.1 EasyDMA array list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.7 AHB multilayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.8 Debug and trace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.8.1 DAP - Debug access port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.8.2 CTRL-AP - Control access port . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.8.3 Debug interface mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.8.4 Real-time debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.8.5 Trace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5 Power and clock management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4413_417 v1.0

5.1 Power management unit (PMU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.2 Current consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.2.1 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5.3 POWER — Power supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.3.1 Main supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.3.2 USB supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.3.3 System OFF mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.4 System ON mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.3.5 RAM power control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.3.6 Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.3.7 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.3.8 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

5.4 CLOCK — Clock control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5.4.1 HFCLK controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5.4.2 LFCLK controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.4.3 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.4.4 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6 Peripherals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.1 Peripheral interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.1.1 Peripheral ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.1.2 Peripherals with shared ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.1.3 Peripheral registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.1.4 Bit set and clear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.1.5 Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.1.6 Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.1.7 Shortcuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.1.8 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.2 AAR — Accelerated address resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.2.1 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.2.2 Resolving a resolvable address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.2.3 Use case example for chaining RADIO packet reception with address resolution using AAR . 97

6.2.4 IRK data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

6.2.5 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

6.2.6 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.3 ACL — Access control lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.3.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

6.4 CCM — AES CCM mode encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.4.1 Key-steam generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

6.4.2 Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.4.3 Decryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6.4.4 AES CCM and RADIO concurrent operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.4.5 Encrypting packets on-the-fly in radio transmit mode . . . . . . . . . . . . . . . 106

6.4.6 Decrypting packets on-the-fly in radio receive mode . . . . . . . . . . . . . . . 107

6.4.7 CCM data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

6.4.8 EasyDMA and ERROR event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6.4.9 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6.4.10 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

6.5 COMP — Comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

6.5.1 Differential mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

6.5.2 Single-ended mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6.5.3 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.5.4 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

6.6 CRYPTOCELL — ARM TrustZone CryptoCell 310 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

4413_417 v1.0

6.6.1 Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.6.2 Always-on (AO) power domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.6.3 Lifecycle state (LCS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.6.4 Cryptographic key selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.6.5 Direct memory access (DMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

6.6.6 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

6.6.7 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

6.6.8 Host interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.7 ECB — AES electronic codebook mode encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.7.1 Shared resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.7.2 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.7.3 ECB data structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.7.4 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

6.7.5 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.8 EGU — Event generator unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.8.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

6.8.2 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.9 GPIO — General purpose input/output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.9.1 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.9.2 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6.9.3 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.10 GPIOTE — GPIO tasks and events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

6.10.1 Pin events and tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

6.10.2 Port event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.10.3 Tasks and events pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.10.4 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

6.10.5 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

6.11 I

S — Inter-IC sound interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

6.11.1 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

6.11.2 Transmitting and receiving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

6.11.3 Left right clock (LRCK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

6.11.4 Serial clock (SCK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

6.11.5 Master clock (MCK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

6.11.6 Width, alignment and format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

6.11.7 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.11.8 Module operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

6.11.9 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.11.10 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.11.11 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

6.12 LPCOMP — Low power comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

6.12.1 Shared resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

6.12.2 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

6.12.3 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

6.12.4 Electrical specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

6.13 MWU — Memory watch unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

6.13.1 Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

6.14 NFCT — Near field communication tag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

6.14.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

6.14.2 Operating states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

6.14.3 Pin configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

6.14.4 EasyDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

6.14.5 Frame assembler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

6.14.6 Frame disassembler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

6.14.7 Frame timing controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

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