一、所选任务：

设计一款基于STM32G4系列的MCU最小系统核心板

二、方案介绍：

本方案基于STM32G474QET6设计一款高性能嵌入式控制板，具备完善的电源管理与丰富的外设接口。板载Micro-B接口支持5V供电与USB通信，经总开关后由多路独立LDO分别为MCU、LCD、通讯及按键供电，并配备纽扣电池为MCU备份域供电，支持模拟参考电压灵活选择。预留2.8寸触摸屏接口、4个用户按键及复位键；集成485、双CAN、SWD调试及SPI Flash存储。搭配8MHz与32.768KHz晶振。亮点在于多路隔离供电、备份域支持及高扩展性，适用于工业控制与智能终端场景。

三、设计方案：

1、电源部分：Micro-B接口供电5V同时支持USB2.0通信，同时接入后需要打开SW-IN总开关为后级供电；

5V经一个AMS1117-3.3S降压3.3V-MCU给STM32G474QET6和GD25Q32CSIG供电；

5V经一个AMS1117-3.3S降压3.3V-LCD给LCD屏幕供电；

5V经一个AMS1117-3.3S降压3.3V给通讯部分供电；

5V经一个MIC5501-3.0YM5-TR降压3V给按键部分供电；

支持CR1220 3V锂锰（Li-MnO₂）纽扣电池为MCU备份域供电；

支持选择3V与3.3V-MCU为MCU的模拟参考电压引脚供电。

2、显示部分：预留正点原子2.8寸TFT LCD触摸屏接口；

具有MCU供电正常指示灯与用户指示灯。

3、操作部分：具有手动复位按键；

具有4个用户按键。

4、通信部分：一路485接口功能；

两路CAN接口功能；

支持SWD方式下载；

具有外部SPI-Flash存储空间。

5、时钟部分：具有8MHz外部高速晶振；

具有32.768KHz外部低速晶振。

四、设计模块与资源框图：

1、 根据任务要求本次选用的是STM32G474QET6芯片设计了一款MCU核心板，此板卡具有USB2.0通信功能、外部存储功能、485通信功能、CAN通信功能、预留LCD显示屏接口、设计有4个用户按键和1个LED指示灯，适合于对基础通信的教学实验等。

2、 STM32G474QET6：基于 ARM Cortex-M4 内核的高性能微控制器，主频最高 170 MHz，运算能力达 213 DMIPS。支持 DSP 指令集和单精度浮点运算单元 (FPU)，能高效处理复杂算法。配备 512 KB 闪存 (带ECC纠错) 和 128 KB SRAM。内置数学硬件加速器 (CORDIC 用于三角函数、FMAC 用于滤波)，可大幅提升数学运算效率。拥有I2C、SPI、CAN等丰富通信接口，擅长数字电源和电机控制领域。

DigiKey官网链接：STM32G474QET6 STMicroelectronics | 单片机 | DigiKey

3、 MAX3485ESA：ADI的一款3.3V供电、低功耗RS-485/RS-422半双工收发器。它支持高达10Mbps的数据传输率，并内置摆率限制以降低EMI干扰。该芯片具备±15kV ESD保护及热插拔功能，可在-40°C至+85°C的工业温度范围内稳定工作。凭借其高抗干扰性，它广泛用于工业自动化、安防监控和楼宇控制等长距离通信场景。

DigiKey官网链接：MAX3485ESA Analog Devices Inc./Maxim Integrated | 驱动器，接收器，收发器 | DigiKey

4、 SIT1042AT/3：SIT推出的CAN FD总线收发器，用于连接CAN协议控制器和物理总线。支持高达5Mbps的数据速率，并集成了±70V总线耐压保护、过温保护和欠压保护等特性。其关键优势在于5脚VIO引脚支持3.3V与5V逻辑电平转换，可直接连接不同电压的MCU。该芯片通过AEC-Q100车规级认证，工作温度范围为-40℃至+150℃，广泛应用于汽车电子与工业控制等领域。

5、 GD25Q32CSIG：兆易创新推出的一款32Mbit（4MB）SPI NOR Flash存储器，采用SOP-8封装，工作电压2.7-3.6V。它支持标准、双线及四线SPI接口，最高时钟频率120MHz，具备10万次擦写寿命和20年数据保持能力，工作温度范围-40℃至+85℃。

6、TFT-LCD：预留接口，支持正点原子2.8寸触摸LCD屏。

图1 资源框图

五、原理图和PCB设计介绍：

图2 原理图

图3 PCB

图4 3D效果

1、引出所有GPIO接口，保证所有功能包括I2C、SPI、I2S、USART、SAI等可由使用者根据自身想法实现不同现象；

2、具有3.3V的MCU供电正常指示灯与一个状态指示灯，使用者可以通过编程对其进行点亮操作，以指示需要表示的状态；

3、具有一个复位按键，与4个用户按键，使用者可以通过编程来实现需要的状态；

4、为了给MCU内部的ADC以及其它模拟部分的电路提供更好的性能，板上采用了一颗MIC5501-3.0YM5-TR芯片降压3V为MCU的VREF提供低纹波的3.0V，同时可通过单刀双掷SW1开关选择3.3V接入；

5、可以通过SWD接口对MCU进行调试，也可通过跳帽选择BOOT0拉高或拉低，选择不同的地址进入编程模式；

6、预留LCD接口，支持正点原子2.8寸触摸LCD屏，兼容SPI通信和FMC通信；

7、支持485通信和CAN通信；

8、为保证RTC功能正常运行，支持在USB断电时，使用3V锂锰纽扣电池为MCU的VBAT引脚供电。

六、主要性能指标和管脚定义：

表1 主要性能指标

表2 管脚定义

七、心得体会：

做一块自己的开发板，是一件很有成就感的事。感触最深的是细节决定成败。原理图阶段需要反复核对数据手册。PCB布局封装检查、丝印标注、地平面回路也不能马虎。整个过程让我深刻理解“硬件无小事”，每个电阻电容的位置都会影响整板稳定性。虽未调软件，但看到规整的PCB，已体会到硬件工程师的严谨与乐趣。