3. STM32G474高性能模块

模块描述

STM32G474是专为电机控制和电源转换应用优化的高性能微控制器,ARM Cortex-M4内核,主频170MHz。该模块最大特点是增强型模拟外设,包括5个高速12位ADC(最高4.266Msps)、4个12位DAC、7个超快比较器和4个运放。特别适合电赛中的电源类、电机驱动类、精密测量类题目,是电源和电机控制的首选方案。

工作原理

[外部电源] → [稳压电路] → [3.3V系统供电]
                              ↓
[24MHz晶振] → [PLL倍频] → [170MHz系统时钟] → [STM32G474RET6]
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                                    [Cortex-M4F + 增强型模拟外设]
                                               ↓
                        ┌──────────────────────┴────────────────────┐
                        ↓                      ↓                     ↓
                  [5×12位ADC]          [4×12位DAC]           [7×比较器]
                  (4.266Msps)           [4×运放]              [HRTIM]
                        ↓                      ↓                     ↓
                  [电压/电流采集]        [波形生成]           [高精度PWM]

技术指标

  • 处理器内核: ARM Cortex-M4F
  • 主频: 170MHz
  • Flash: 512KB
  • SRAM: 128KB
  • ADC: 5个12位ADC,42通道,4.266Msps
  • DAC: 4个12位DAC
  • 比较器: 7个超快比较器(<50ns)
  • 运放: 4个可编程增益运放(PGA)
  • HRTIM: 高分辨率定时器(184ps)
  • 通信接口: 5×UART, 4×SPI, 4×I2C, 3×CAN, 1×USB
  • 工作电压: 1.71V-3.6V

接口管脚定义

管脚 名称 功能 特殊说明
—————————-
1-6 PB8-PB9,PE0-PE1 GPIO 5V容忍
12 VBAT 备份域电源 RTC供电
13 PC13 GPIO/RTC Tamper检测
17 PF0/OSCIN | 晶振输入 | 24MHz | | 18 | PF1/OSCOUT 晶振输出 24MHz
23-26 ADC1-5输入 模拟输入 支持差分输入
44 NRST 复位 外部复位
60 BOOT0 启动选择 启动模式

板上设置和信号指示

  • 电源LED: 3.3V电源指示
  • 状态LED: PB8/PB9连接LED
  • ADC基准: 外部VREF+接口
  • 比较器输出: 可引出至GPIO
  • 运放配置: 通过跳线选择增益
  • HRTIM输出: 专用PWM输出引脚
  • DAC输出: 独立DAC输出接口

电气指标

  • 供电电压: 3.3V±10%
  • I/O输出电流: 20mA/引脚
  • ADC输入范围: 0-3.6V(VDDA)
  • ADC精度: 12位,±1.5LSB
  • ADC采样时间: 最快0.188μs
  • DAC输出范围: 0-VDDA
  • DAC建立时间: <3μs
  • 比较器响应: <50ns
  • HRTIM分辨率: 184ps

使用说明

  • ADC配置: 配置为同步/交叉模式,最大化采样率
  • DAC使用: 设置输出缓冲器,驱动外部负载
  • 比较器应用: 用于过流保护、过压检测
  • 运放配置: 根据需要设置PGA增益(2/4/8/16倍)
  • HRTIM编程: 用于电源PWM,实现精确死区控制
  • 电机控制: 利用FOC库实现无刷电机控制
  • USB-PD: 支持USB Type-C和Power Delivery
  • 数学加速器: 使用CORDIC和FMAC硬件加速器

全国大学生电子设计竞赛相关赛题

  • 2021年C题: 三相AC-DC变换电路(电源控制)
  • 2019年A题: 电动小车动态无线充电(电源管理)
  • 2017年A题: 微电网模拟系统(电源转换)
  • 2015年A题: 风力摆控制系统(电机控制)
  • 2013年A题: 单相AC-DC变换电路(高频PWM)
  • 2011年A题: 开关稳压电源(精密控制)
  • 2009年A题: 光伏并网发电模拟装置(MPPT)

应用技术要点总结

  1. 同步ADC采集: 5个ADC可同步采样,适合三相电流检测
  2. HRTIM应用: 184ps分辨率实现高频高精度PWM控制
  3. 硬件过流保护: 比较器直接触发HRTIM关断,无延迟
  4. 数字电源设计: 结合ADC+DAC+HRTIM实现全数字电源
  5. 电机FOC控制: 利用CORDIC加速Park/Clarke变换
  6. 运放级联: 片上运放实现多级信号调理
  7. 高速环路: ADC采样→算法→PWM更新<1μs
  8. USB-PD协议: 实现智能充电和电源协商