STM32G4入門與電機控制實戰(zhàn)-基于X-CUBE-MCSDK的無刷直流電機與永磁同步電機控制實現(xiàn) 課件 第一章

第一章STM32G4概述2024年6月26日STM32G4系列特性123STM32G4主要應用STM32生態(tài)資源意法半導體（ST）集團及其產品意法半導體（ST）集團于1987年6月成立，由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導體公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSONMicroelectronics將公司名稱改為意法半導體有限公司。2007年發(fā)布了第一款STM32產品，在十余年的時間里累計推出多條產品線，產品系列不斷完善。STM32G4分為三大產品系列：入門型、性能型、高精度PWM型，對應的產品分別是STM32G4x1、STM32G4x3、STM32G4x4。圖1-1STM32產品平臺陣營STM32G4系列特性01迭代和延續(xù)STM32G4并不是從零開始的新產品線。它是2012年發(fā)布的STM32F3產品線的延續(xù)版本，它繼承了很多STM32F3的理念和基因，帶來更強勁的性能和數(shù)模效果。STM32G4是STM32F3的升級，但并不是完全取代，因為它各方面的配置會比F3更高級，資源也會更豐富。迭代與延續(xù)2012年發(fā)布了首款混合信號微控制器STM32F32014年又發(fā)布了STM32F343，進入到原來被DSP壟斷的數(shù)字電源市場2019年推出一款性能更強大的產品STM32G4來滿足不斷升級的市場需求圖1-2STM32F3到STM32G4的迭代和延續(xù)迭代與延續(xù)與STM32F3系列相比，STM32G4在性能、豐富的內置數(shù)模外設、功能安全與信息安全以及完整的產品四個方面有創(chuàng)新和技術優(yōu)勢。圖1-3STM32F3和STM32G4性能對比（1）性能示例：在電機控制應用中遇到三角函數(shù)計算，會交給數(shù)學加速器來處理，這樣不僅可以減輕CPU的負擔，而且還可以提高計算效率，比原來由CPU處理時的效率提升了5倍。數(shù)字濾波加速器，可被用于生成三極點三零點3p3z補償器、SigmaDelta調頻器和噪音整形器，用于數(shù)字電源設計中非常具有優(yōu)勢。內核170MHz高主頻增加了3種不同的硬件加速器ART加速器（動態(tài)緩存），實現(xiàn)全部代碼加速，幫助用戶提高代碼綜合執(zhí)行效率關鍵程序加速器CCM-SRAM（靜態(tài)緩存），預配置確定性保障數(shù)學加速器涉及三角函數(shù)和數(shù)字濾波器（2）豐富的內置數(shù)模外設器件名稱主要參數(shù)值ADC(upto5)拓撲SAR12-bit+硬件過采樣

16-bit采樣率Upto4Msps(15ksps16-bit)輸入單端輸入與差分輸入偏移與降噪補償自動校準以降低噪音與偏移DAC(upto7)采樣率15Msps(內部輸出)1Msps(帶緩沖輸出)穩(wěn)定時間16ns運放(upto6)帶寬13MHZ斜率45V/us偏置可編程放大倍數(shù)（精度）2,4,8,16,-1,-3,-7,-15(1%)32,64,-31,-63(2%)比較器(upto7)電壓范圍1.62..3.6V傳播延遲16.7ns偏置-6..+2mV滯回補償8種:0,9,18,27,36,45,54,63mV集成化的設計，擁有豐富的內置數(shù)模外設不僅減小了PCB尺寸，而且節(jié)約了項目開發(fā)成本使電機控制板面設計更加簡潔，BOM成本更加優(yōu)化（3）功能安全與信息安全STM32G4產品采用了雙BankFlash機制，這一創(chuàng)新應用主要是考慮到信息的安全性STM32G4內部有兩塊用戶Flash區(qū)域，支持同時在兩個不同的Bank上加載應用程序，一個Bank用來運行程序，另一個可以在線升級固件程序在這兩個Flash區(qū)域中，可以設定一塊安全存儲區(qū)域（4）完整的產品目錄STM32G4產品擁有一個完整的平臺，共分為入門型、性能型、高精度PWM型三個系列，10余種類型的開發(fā)板，覆蓋從入門到高端不同需求。參數(shù)STM32G474高精度PWM型STM32G473性能型STM32G473性能型STM32G431入門型內核，主頻ArmCortex-M4,170MHzFlash(max)128KbytessinglebankRAM(upto)96Kbytes22KbytesCCM-SRAM(code-SRAM)32Kbytes10Kbytes12-bitADCSAR比較器74運放1%精度6312-bitDAC74高級電機控制定時器CAN-FD12通道高精度定時器--供電范圍1.72to3.6V圖1-4STM32G4產品系列構成圖1-5STM32G4產品系列STM32G4主要應用02STM32G4主要應用STM32G4作為一款基于ArmCortex-M4架構的產品，定位為主流型MCU，主要針對電機控制、工業(yè)設備與測量儀器、高端消費類應用和數(shù)字電源等應用場景。針對電機控制，建立了完整的生態(tài)系統(tǒng)，提供完整的硬件、軟件、工具、資料等資源。STM32G4并不是完整取代STM32F334，而是在STM32F334的基礎上做了提升，去覆蓋更復雜的一些數(shù)字電源應用場景STM32G4主要應用性能配置電機控制（家電、電動自行車，空調）工業(yè)設備與測量儀器高端消費類應用（可再充電設備，無人機，玩具）數(shù)字電源（服務器，通訊電源，EV充電樁與充電站）高速CPU170MHz●●●●數(shù)字加速器（三角函數(shù)）●●

數(shù)字加速器（數(shù)字濾波器3p3z補償器）

●高級電機控制定時器●

高速比較器（17ns）●

●4MSPSADC-12bit+硬件過采樣●

●可編程放大器（PGA）●

DAC-12bit●

1%精度RC時鐘●

●

支持CAN-FD

●

●

高級定時器

●

RTC實時時鐘支持備份寄存器

●

Dualbankflash支持在線升級

●

●AES&信息安全

●

●超薄封裝，小尺寸

●

●

內置豐富模擬外設

●●SAI（音頻接口）

●

USBtype-CPowerDelivery3.0

●

12通道高精度定時器（184ps）

●STM32生態(tài)資源03（1）網(wǎng)址、公眾號AI電堂：/AI電堂微信公眾號：

公眾號小程序STM32全球網(wǎng)頁：/stm32STM32中文官網(wǎng)：/STM32社區(qū)：/STM3221ic社區(qū)：/stm32/ST中國大學計劃主頁：/universitySTM32中文技術支持郵箱：mcu.china@STM32大學計劃聯(lián)系郵箱：edu.china@ST微信公眾號：

訂閱號服務號視頻號線上課程入口（2）STM32G4電機控制相關技術文檔STM32G4產品介紹：/Product/pro_detail/STM32G4/productSTM32G4相關設計文件：/Product/pro_detail/STM32G4/design_resource數(shù)據(jù)手冊、參考手冊、開發(fā)板介紹、選型手冊、編程手冊、應用筆記、用戶手冊等相關資源均可進入相應頁面下載。STM32G4產品主頁如圖1-6所示。電機培訓資料下載：/電機控制方案查詢：/st-mc-suite/home/#/index圖1-6STM32G4產品主頁（3）STM32G4電機控制相關視頻資源①《STM32G4系列產品特性以及電機領域應用》本課程從ST生態(tài)系統(tǒng)介紹和使用展開，結合當前熱門的電機控制領域應用，把產品特性深入到實際應用，點面結合下讓大家更能夠熟悉和掌握STM32G4優(yōu)秀的特性，為未來的產品使用打下基礎；同時還結合了STM32Cube生態(tài)，以及電機FOC控制生態(tài)，可讓大家全方位熟悉使用ST所打造的完整的生態(tài)環(huán)境，為電機領域的開發(fā)帶來便利條件。課程內容：1）STM32G4特性和市場介紹2）STM32工具介紹與使用3）使用STM32Cube工具上手STM32G44）內核介紹：ART，CCMSRAM，浮點運算，乘加指令5）VREFBUF，Timer&ADC介紹，以及兩者在電機應用中的聯(lián)動機制6）特別外設：CORDIC，F(xiàn)MAC，運放，比較器，DAC7）結合STM32CubeMX，MCSDKV5.4移植STM32G4電機矢量控制代碼8）STM32G4特別外設應用于電機控制課程學習鏈接：網(wǎng)頁版：/columndetail?id=5c5cfa8517394c09b6f67d8fa486ad62手機版：掃碼觀看（3）STM32G4電機控制相關視頻資源②《基于MCSDKV5.4電機庫的STM32電機控制理論與實踐》隨著無刷直流電機（BrushlessDirectCurrentMotor，簡稱BLDCM）和永磁同步電機（PermanentMagnetSynchronousMotor，簡稱PMSM）在諸多領域有著廣泛應用，并且用量也在逐步增長，電機的驅動和控制技術做為核心部分直接影響到產品性能；控制技術之一的FOC控制技術（磁場定向控制技術）有其眾多的優(yōu)勢，隨著MCU的性能提升已經被廣泛應用，ST作為致力于ARMCortex-M內核的領跑者，其FOC控制技術已經實現(xiàn)在STM32全系列產品上；本課程將介紹FOC控制理論，以及電機軟件庫的構成與使用；同時針對實際應用設計了幾個試驗，指導用戶一步步實現(xiàn)真實的電機控制，讓客戶輕松上手使用ST的電機控制庫。課程內容：1）STMCSDK電機控制庫總體概況2）電機FOC控制原理3）電機控制硬件注意點介紹4）MCSDKV5.4

軟件詳解以及應用調試說明5）試驗環(huán)節(jié)課程學習鏈接：網(wǎng)頁版：/columndetail?id=126b8417f88949799f4caf99e98e2ee1手機版：掃碼觀看（3）STM32G4電機控制相關視頻資源③《STM32電動機控制應用系列講座》通過六大系列主題課程，全面介紹ST的MCU在電動機控制領域的應用，帶你深入理解電動機控制的基本概念和方法，教你學會如何充分利用ST提供的產品、硬件評價板及電動機控制軟件開發(fā)包（STMCSDK）來開發(fā)一套電動機控制器。課程內容：1）STMCSDK5.x概覽2）永磁同步電動機矢量控制基礎3）電動機相電流檢測與重構方法及轉子位置檢測與估計方法4）STMCSDK