行业应用篇 | 重塑工业智能化，STM32拿捏了！

由 cathy 提交于周三, 25 八月 2021 - 11:13

5G、物联网、AI等新兴技术的加速落地，推动工业4.0蓬勃发展，工业智能化成为智能制造下一个风口。作为电子设备的“心脏”，数字电源的重要性不言而喻，从消费电子、网络通信延伸至汽车电子、新能源、智能硬件等广泛领域。

针对数字能源以及工业应用，STM32几大旗舰型MCU系列成为重塑工业市场的种子选手：
<ul>
<li>面向主流应用的STM32G0和STM32G4系列，</li>
<li>在高性能应用中推荐STM32F7和H7系列，</li>
<li>在MPU方面可以使用带有MCU基因的STM32MP1。</li>
</ul>

STM32G0：简单，但强大

新一代入门级低成本Cortex-M0+主流STM32G0，被誉为性价比之王：高性能、低功耗、方便易用的特性使之成为入门级STM32开发利器。

全新的STM32G0系列满足了在模拟、低功耗运行或更多安全应用控制面对更高性能的需求。它支持较高的温度范围（最高可达125℃）和广泛的封装类型，如WLCSP、UFBGA、TSSOP、SO、QFP和QFN封装，剑指消费品市场、物联网、智能锁、家电、工业控制(工具, E-bike, 等)、照明以及其他(游戏机, 工控或传感器模块等）广泛的应用领域。

关键词：STM32G0系列

◆ 性能提升
<ul>
<li>
Cortex-M0+内核，主频64MHz
</li>
<li>
处理能力59 DMIPS，获得142CoreMark分值
</li>
<li>
多达12路可灵活配置的DMA通道
</li>
</ul>
◆ 小身材大容量 

<ul>
<li>
Flash高达512KB，双区设计 

</li>
<li>
RAM高达144KB
</li>
<li>
最小封装仅为SOP-8
</li>
</ul>
◆ 丰富的外设资源
<ul>
<li>
新一代FD-CAN总线，速度更快，效率更高
</li>
<li>
全速USB HOST/DEVICE
</li>
<li>
支持USB Type-C PD协议处理
</li>
<li>
主频高达128MHz的高级定时器
</li>
<li>
2.5MSPS 12bit ADC，比较器及DAC
</li>
<li>
32Mb/s SPI，多达8路UART串口
</li>
</ul>
◆ 延长电池寿命
<ul>
<li>
低功耗制程和设计
</li>
<li>
低功耗串口: 帧唤醒
</li>
<li>
低功耗定时器: 计数器和信号发生器
</li>
<li>
I²C 地址侦测唤醒
</li>
<li>
动态功耗 <100uA/MHz
</li>
</ul>
◆ 节省BOM 成本
<ul>
<li>
+/-1%内部高速振荡器， 0 to90°C
</li>
<li>
+/-2%内部高速振荡器，-40 to125°C
</li>
<li>
IO 数量最大化: 更小的封装
</li>
</ul>
◆ 高可靠性
<ul>
<li>
低EMI，高EMC，增强产品抗干扰能力
</li>
<li>
主时钟监控及电压监控
</li>
<li>
硬件校验和 ECC Flash，带校验RAM
</li>
<li>
AES256 加密及新增可信任存储区(MPU)
</li>
<li>
可靠IO抗负电流注入
</li>
<li>
高温度范围: -40°C到+125°C
</li>
</ul>

STM32G4：新一代数模混合MCU

STM32G4是2012年推出的STM32F3系列的延续，它继承了很多STM32F3的理念和基因，带来更强劲的性能和数模效果。在性能、外设、安全等多方面进行了多项升级，从而带来更强劲的性能，更丰富的针对应用领域的功能进阶。

STM32G4作为一款基于ArmCortex-M4架构的产品，定位为主流型MCU，主要针对电机控制、工业设备与测量仪器、高端消费类应用和数字电源等应用场景，通过数模组合的方式来满足用户对兼顾控制逻辑与模拟信号处理的需求。

目标市场面向数字功率转换，主要包括：

无线充电，电信电源，电机驱动，LED控制，电焊机，工业，UPS，功率因素校正，服务器和数据中心，光伏逆变等。

关键词：STM32G4系列

◆ 性能大幅度提升 

STM32G4基于Arm®Cortex®-M4内核，支持FPU和DSP指令集，主频高达170MHz，相较于STM32F3和STM32F1的72MHz的主频，提高了一大步。同时，STM32G4引入了三个硬件加速器：ART accelerator (~动态cache) ，CCM-SRAM (~静态 cache)和数学运算加速器。
◆ 丰富的内置数模外设
集成更丰富的模拟外设是STM32G4的一大亮点，ADC、DAC、运算放大器、比较器，应有尽有。STM32G4系列中最高配置MCU中的模拟外设多达25个。
◆ 功能安全与信息安全
STM32G4具有安全存储区，集成了硬件加密AES-256、硬件随机数发生器，增强了用户程序保密性和通讯安全性，更高的安全性对物网应用尤为重要。
◆ 低功耗
当通用型MCU遇上低功耗需求，STM32G4的动态能效模式，让该系列产品的功耗比同等性能的竞品DSP低2倍以上。 

◆ 数学加速器
STM32G4是第一款具有两个数学加速器的STM32，可实现功能加速与CPU轻载：
<ul>
<li>
一个用于三角计算（坐标旋转数字计算器或CORDIC），非常有利于电机控制中所常用的的矢量运算(FOC)；
</li>
<li>
另一个用于数字滤波功能（滤波数学加速器或FMAC）。可被用于生成三极点三零点3p3z补偿器 (数字电源)，Sigma Delta 调频器，噪音整形器。
</li>
</ul>

STM32H7：追求更高的性能

STM32H7系列继承和发展了高性能产品家族的特性，各产品应用定位如下：

STM32H743 ：单核480MHz及丰富的资源，适用于工业、医疗及消费类应用

STM32H745：双核架构、125度耐温以及强大的运算能力，适应于工业应用的苛刻环境

STM32H747 ：内置MIPIDSI, 满足同时需要高性能及显示要求的应用

STM32H7A3 ：内置大容量1.4MBSRAM及低功耗，适用于家电及工控显示应用

STM32H723 ：单核最强性能及高性价比，适用于工业、医疗及消费类成本敏感型应用‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

关键词：STM32H7系列

◆ 高效的处理能力
<ul>
<li>
主频高达550MHz
</li>
<li>
片内 2MB Flash及1.4MBRAM
</li>
<li>
双核设计，兼顾高速运算和实时控制
</li>
<li>
多达40路DMA，处理最复杂的数据传输
</li>
</ul>
◆先进的图像显示
<ul>
<li>
显示接口: TFT-LCD 和MIPI-DSI
</li>
<li>
加速器：Chrom-ART、Chrom-GRC及 MJPEG
</li>
<li>
外存扩展: FMC、SDMMC及O-SPI
</li>
</ul>
◆ 数学加速器
<ul>
<li>
三角函数计算
</li>
<li>
数字滤波加速器
</li>
<li>
使用DMA方式，彻底释放CPU资源
</li>
</ul>
◆ 信息与功能安全
<ul>
<li>
外部存储在线解密加速器（OTFDEC）
</li>
<li>
哈希硬件加速器
</li>
<li>
提供软体安全安装和升级服务
</li>
<li>
耐受高温125℃
</li>
</ul>
◆创新外设资源
<ul>
<li>
高精度定时器：精度高达2.1ns，10路PWM输出
</li>
<li>
2个高级定时器，可实现双电机控制
</li>
<li>
12个通用定时器及5个低功耗定时器
</li>
<li>
多达11个U(S)ART，6个高速 SPI 和5个 I2C
</li>
<li>
多达3个新一代 FD-CAN总线，通讯效率大幅度提升
</li>
<li>
2个USB OTG接口，支持高速和全速传输
</li>
<li>
10/100 以太网控制器
</li>
<li>
DCMI 数字摄像头接口和 4个 SAI 音频接口
</li>
<li>
3个16位ADC，采样速率高达3.6MSPS，共有36通道
</li>
<li>
DFSDM 数字滤波模块
</li>
<li>
2个DAC、2个模拟比较器和2个运算放大器
</li>
</ul>

性价比之王STM32H723_H733和STM32H725_H735系列，相比STM32F4，一样的价格，实现5倍的性能。该系列的主频和外设资源丰富很多，数学加速器是另一个新功能，一方面做三角函数运算，另一方面作为数字滤波加速器，能够实现功能加速与减轻CPU负担。但价格更便宜。产品集成了以太网，内存扩展，TFT LCD显示驱动，对于工业网卡、变频器、伺服器等应用非常有优势。

完整的生态支持

ST为工业应用各系列产品提供了从硬件、软件开发工具等完整的生态系统。

STM32G0 最新的生态系统资源，包括丰富的硬件和软件工具，让用户随心所欲开发自己的系统。

STM32G4延续了STM32和ARM Cortex-M4 生态系统，硬件资源包括：

<ul>
<li>
支持STM32G4 MCU的NUCLEO开发板；
</li>
<li>
功能齐全的评估板：STM32G474E-EVAL 和板载加密和加速度计的STM32G484E-EVAL；
</li>
<li>
电机控制一站式开发工具：Nucleo马达控制专用开发板（P-NUCLEO-IHM03）
</li>
<li>
探索套件：B-G474E-DPOW1*，B-G431B-ESC1*
</li>
</ul>

STM32G4软件工具包括：STM32CubeMX，IDEs编译和调试，及STM32 编程工具。

ST为H7系列产品提供了从硬件、软件开发工具等完整的生态系统。

在软件工具方面，ST提供从调试、开发、配置、监测一站式开发平台。
<ul>
<li>
STM32CubeMX：芯片选型/项目配置/ 代码生成/
</li>
<li>
STM32CubeIDE：代码编辑/代码编译链接/代码调试/代码烧写
</li>
<li>
STM32CubeProgrammer：烧写、读取片上存储区/烧写、读取片外存储区/烧写、读取选项字节/
</li>
<li>
STM32Cube Monitor：功耗测试，无线蓝牙调试，USB PD调试
</li>
</ul>
硬件工具方面，STM32H7硬件开发平台包括：
<ul>
<li>
NUCELO：可自由搭建你的项目模型
</li>
<li>
Discovery：能快速测试STM32H7关键特性
</li>
<li>
EVAL：全面测试STM32H7所有性能 
</li>
</ul>

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-08/wen_zhang_/100553067-217730-9.png&…; alt=“▲STM32MC SDK5.4电机库特点"></center><center>▲STM32MC SDK5.4电机库特点</center>

在信息安全方面，STM32Trust 总结出12个安全功能（Security Functions）以契合客户使用案例和安全标准，STM32Trust 生态系统整合安全相关资源（文档、软件、工具等）来涵盖这12项安全功能。

丰富的工业应用案例

STM32G0/G4/H7针对工业市场打造的强大的功能和生态，使之在电机控制，变频器、伺服器，以及通信/服务器电源、UPS、太阳能逆变器等热门应用取得了丰富的应用案例。

来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/SwA4Q9YzQYvQXazIzBNolg">STM32</a>
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