Александр

STM более популярный, под него больше народного опыта в сети найдется.
На втором месте по популярности субъективно NXP.
Про TI ничего ни плохого ни хорошего сказать не могу, вблизи их ни разу не видел.

Если слишком много "узких" мест - возможно надо не тратить время на оптимизации и счет тактов, а взять FPGA или SoC и сделать специальную периферию под задачу? А в ядре или внешнем контроллере уже крутить алгоритмы, не требующие такой жесткой привязки к реальному времени. Опишите подробнее задачу, может подскажу как это можно решить.

Китайский J-Link за 10 баксов шьет и дебажит дофигищи разных контроллеров.
Ну а платформу для изучения лучше брать STM32, они сейчас популярны и по ним очень много информации.

Gate Threshold Voltage - это напряжение, при котором только НАЧИНАЕТСЯ открытие канала транзистора. Полностью он будет открыт при напряжении значительно большем, обычно это 15В. Если через транзистор предполагается большой ток - обязательно нужно ставить драйвер, иначе транзистор откроется не полностью, канал будет иметь высокое сопротивление и транзистор и может перегреться.

Тут по-хорошему нужен импульсный понижающий преобразователь.
Вот например TPS562200 www.ti.com/lit/ds/symlink/tps561201.pdf
Или чуть более древний lm2596, на базе которого есть куча модулей на али.

Можно, но поверьте, работать будет очень печально и уныло. Кто-то даже аналоговую подключал через АЦП, но все это из разряда экспериментов ради любопытства. Практически пользоваться камерой не получится - кадр в оперативке ардуины не помещается.

Правильнее взять STM32, в старших моделях есть DCMI, с которым работают очень многие камеры.

Поставить после насоса домашний счетчик воды. Они есть с герконом внутри и известным количеством импульсов на кубометр.

Логика размышлений верна, но частота таймеров не всегда равна частоте ядра. Даташит в студию короче.
Предделитель тупо делит частоту таймеров в заданное число раз.