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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]
                                               ↓
                                    [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

1. ADC配置: 配置为同步/交叉模式，最大化采样率 2. DAC使用: 设置输出缓冲器，驱动外部负载 3. 比较器应用: 用于过流保护、过压检测 4. 运放配置: 根据需要设置PGA增益（2/4/8/16倍） 5. HRTIM编程: 用于电源PWM，实现精确死区控制 6. 电机控制: 利用FOC库实现无刷电机控制 7. USB-PD: 支持USB Type-C和Power Delivery 8. 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