ST、RK和先楫工控开发板PCBA方案

【导读】随着我国制造业智能化水平的不断升级，数控机床、精密机械、锂电设备、新能源汽车、机器人等高科技含量的新兴产业逐渐崭露头角，MCU作为工业自动化的关键部件，必然朝向更高算力、更高智能和更低功耗的方向发展，从而推动工控MCU的需求和性能不断升级。

高性能MCU通过提供强大的运算与存储能力、‌多通道、‌高精度、‌高速实时采样与控制等功能，‌支持复杂路径规划、‌更快速的感知和测距，‌使得工业控制系统面对复杂环境、‌线路处理更加利落，‌脱困能力更强。‌例如，‌在扫地机器人中的应用，‌高性能MCU能够支持多个电机运行，‌提高了智能控制的灵活性，‌同时节省了成本。

‌此外，‌高性能MCU还集成了丰富的外设资源，‌如UART、‌USART、‌I2C、‌SPI等多种拓展接口，‌支持激光测距传感器、‌摄像头、‌陀螺仪、‌加速度计、‌WiFi、‌蓝牙等各种高端配置，‌为工业控制提供了更多的智能化选项。

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在工业自动化领域，‌高性能MCU通过与新型传感器和执行器接口的配合，‌如IO-Link技术，‌显著降低了系统复杂性，‌引入了有用的功能如实时诊断，‌通过参数监控进行实时诊断。‌这种技术不仅延长了8位和16位设备的使用寿命，‌还通过提供三种类型的数据交换（‌过程数据、‌服务数据和事件）‌，‌使得传感器和执行器能够向控制器提供连续的实时数据流，‌从而提高了工业自动化系统的效率和可靠性。

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高性能MCU对工业控制的意义

高性能MCU对工业控制的意义在于提高系统的性能、‌效率和智能化水平，‌从而提升工业自动化和机器人控制领域的竞争力。

（1）高性能处理能力

‌高性能MCU通常基于Cortex-M4F内核，‌具有高主频（‌如144MHz）‌和高处理性能（‌高达180DMIPS）‌，‌支持FPU浮点运算，‌内置Cache和预取模块，‌指令执行速率快，‌能够满足各种运动算法和智能控制对高算力的需求。‌

（2）高集成度

‌高性能MCU支持多个独立的多通道高速ADC，‌可以对机器人设备的电压/电流/霍尔等模拟信号进行快速采样，‌实时计算和监控伺服电机工作状态。‌此外，‌多通道PWM输出可满足对六轴电机的精确控制，‌外设资源集成度高，‌有多路UART/I2C/SPI拓展接口，‌系统可拓展性强。‌

（3）提升系统效率和智能化

‌高性能MCU通过采用更高性能的内核和部分核心控制算法的硬件化加速，‌内置更高精度的ADC等，‌在提升机器人控制响应速度和精度的同时，‌还可降低系统成本。‌这有助于开发出功能更为强大和智能化程度更高的机器人产品。‌

（4）促进技术创新和产品升级

‌高性能MCU的采用，‌使得制造商能够轻松完成产品创新设计，‌开发出具有优异电机控制算法技术和强大处理性能的产品，‌助力客户在市场竞争中占据优势。‌

综上所述，‌高性能MCU通过提供强大的处理能力、‌高集成度和优化算法，‌不仅提高了工业自动化和机器人控制的性能和效率，‌还促进了技术创新和产品升级，‌从而增强了企业在工业控制领域的竞争力。‌

方案一：基于STM32H743的工业自动化开发板

方案主控芯片采用STM32FH743,采用6级流水线，性能高达5CoreMark/MHZ，在400MHZ工作频率下测试数据高达2010CoreMarks，自带2048KB FLASH和1046KB的SRAM，并外扩512MB NAND FLASH和32MB的SPI  FLASH，满足大数据存储需求。方案国产化程度高，优选国产好芯，国产化率达到85%（数量），适用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、消费电子等场景。

方案优势

  •  主芯片频率高达400MHz

  •  接口丰富：引出110个IO，方便接入各种底板

  •  内存资源丰富：外扩512MB NAND FLASH和32MB的SPI  FLASH

应用领域

工业自动化、医疗设备、汽车电子等领域。

方案二：瑞芯微RK3568工控主机开发板

方案基于瑞芯微高性能四核SoC RK3568开发，主频最高达2.0GHz，自带1.0 T算力NPU，Android 11.0/Ubuntu 20.04/Debian 10.0系统 (内核为Linux4.19)，性能强劲，22nm工艺，发热量小，超低功耗，支持4K解码和各种LCD显示屏，底板添加了EMC防护设计参考，更符合工业场景应用，方案支持2路1Gbps以太网接口，双频Wi-Fi功能，满足不同场景下的多种联网方式。

应用领域

普遍适用于工控主机、广告机、机器人等设备。

方案三：先楫HPM5301工控开发板

方案采用先楫入门级高性能MCU 5301系列芯片，主频高达360 MHz，支持硬件单精度/双精度浮点数单元和DSP指令；CPU配置了16KB一级指令缓存和16KB一级数据缓存，以及128KB指令本地存储器和128KB数据本地存储器。集成一路高精度16位ADC，转换速率达2MSPS，精度设置为12位时，转换速率达4MSPS，兼顾高精度与高转换率。开发板提供了一个USB Type-C 接口实现高速的 USB-OTG 功能，板载的按键和 LED 方便用户交互，同时提供了一个适配了树莓派的扩展接口和一个标准的 JTAG 调试接口。

方案特点

（1）性能强劲

主频高达360MHz，支持硬件单精度/双精度浮点数单元以及DSP指令；

（2）提供多种可灵活配置的接口

包含 5路UART、2 路SPI、2路12C 以及USB OTG 内置 HS PHY；

（3）高速内存

配置16KB一级指令缓存和16KB一级数据缓存，以及128KB指令本地存储器和128KB数据本地存储器。

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