TraceOne 智能车控制板：首版选型

日期：2026-10-26。目标：12V输入、自制降压、STC32G12K128最小系统、双路外置MOS有刷电机驱动，并预留基础巡线能力。

本次确定的是首版架构、主要器件和配套规格，可据此开始原理图。不是已经完成电路验证的量产BOM；阻容精确数量、封装库、实际供货及实车温升需要在原理图和样机阶段确认。未代购任何商品。

1. 定下来的方案

部分	选型 / 数量	原因与边界
主控	STC32G12K128-24A，LQFP48，1颗	属于题目指定系列；引脚足够，外露引脚方便手焊。按收到的完整丝印核对对应手册与封装，不混用旧Beta版引脚资料。5V供电，首版采用内部IRC。
逻辑电源	AP63205WU-7，TSOT26，1颗	自设计12V转固定5V同步降压，供主控、光电和外围；芯片标称2A不代表这块板已验证2A。首版实际逻辑负载预算不超过0.5A。
双电机预驱动	DRV8704DCPR，HTSSOP-38，1颗	控制两个外部N-MOS H桥，支持100%占空比、可编程限流和故障反馈。需要SPI初始化及四路电机逻辑输入。底部焊盘必须焊接接地，适合手工热风/预热配合拖焊。
功率MOS	AOS AOD4184A，TO-252/DPAK，8颗	40V N沟道，两个完整H桥。10V栅压时RDS(on)最大7mΩ，125℃条件下最大12mΩ。大焊盘便于手工处理，面积比小封装更大。不要按“50A”宣传值认定板级电流。
电流采样	0.10Ω、1%、低电感、2512、额定≥2W，2颗	每个桥独立采样，推荐采购3W版本；初始限流约2A。必须从电阻两端单独引采样线。
输入防反接	AOS AO4407A，SO-8，1颗	P沟道反接保护；配栅源稳压和电阻。它不是充电保护，也不保证阻断电机回灌。
输入瞬态保护	AOS SMBJ15A，SMB，1颗	15V反向工作电压；24.4V钳位值有规定的脉冲电流/波形条件，不能视为所有情况下都低于24.4V。配保险丝和本地电容。
电机	DFRobot FIT0492-B，2台	有刷金属减速，12V、100rpm空载、额定电流0.68A、堵转电流2.19A；37mm机身，6mm D轴，约210g/台。低速方便调试，参数明确。无编码器，首版用循迹反馈控制；后续加测速需另外的编码器。
巡线传感器	Vishay TCRT5000，6颗	外置传感器小板，模拟量接主控ADC，暂不需要比较器或运放。峰值响应距离约2.5mm，安装高度可调。
下载与调试	外置CH340C USB转TTL模块，1个	选择明确支持5V TTL电平的成品模块，首版主板只放UART下载排针。共地，TX/RX交叉，主板由12V供电时不把模块5V并到板上。

驱动器“不可集成MOS”按字面理解约束电机驱动功率级，故选外置8颗MOS。AP63205的内部开关管用于降压电源，不是集成电机H桥。专用栅极驱动芯片是否在考核允许范围内，仍以出题方解释为准；该边界不影响现在整理资料。

2. 配套选型与采购规格

部件	首版规格	数量 / 注意事项
降压电感	4.7μH，屏蔽功率电感，Irms≥2A，Isat≥4A，低DCR	1；按实际厂商手册核对温升及饱和电流定义，封装按买到的型号画。
降压输入陶瓷	10μF / 50V，X7R，优先1210；另加100nF / 50V	首版预留两颗10μF位置；核对直流偏压后的有效容量。
降压输出陶瓷	22μF / 16V，X7R，优先1210	2；按AP63205典型应用，FB取样接5V输出。
AP63205自举电容	100nF / 16V或更高，X7R	1，紧贴BST与SW。
电机母线储能	470μF / 35V，低ESR电解	每个H桥附近1颗，共2颗；作为起始值，靠实测决定是否增加。
主入口储能	100μF / 35V，电解	1；不能替代驱动处本地电容。
驱动母线去耦	1μF / 50V + 100nF / 50V，X7R	两个功率桥各预留一组，DRV8704 VM附近另放就近去耦。
DRV8704电荷泵	CP1-CP2：100nF / 50V X7R；VCP-VM：1μF / 25V X7R	各1；注意VCP电容连接到VM，不是GND。
DRV8704内部电源旁路	V5-GND：100nF / 16V；VINT-GND：1μF / 10V	各1；V5不能与外部5V直接相连，也不拿它供整块主控板。
栅极串阻	10Ω，0805，预留0～33Ω调试范围	8；栅源下拉预留100kΩ各1。开关速度仍需结合IDRIVE、TDRIVE与波形调节。
防反接栅源保护	BZT52C12，12V稳压管，SOD-123；100kΩ电阻	各1；布局时核对极性和AO4407A引脚。
母线保险丝	可更换5A延时保险丝，额定直流电压≥32V及匹配座	1套；主要保护线束/短路，不能替代每路电流限制。
输入连接器	XT30板端与配套插头	1套；电机连接器用5.08mm端子，厂商额定电流≥5A。
电机线	20～22AWG软线，两线绞合	2组；电机端预留10～100nF / 50V抑制电容，按波形装配，避免盲目堆电容。
主控去耦	每个VCC附近100nF；本地4.7～10μF / 16V	数量按实际电源脚；UCAP等专用脚严格按STC最小系统图连接。
光电发射限流	330Ω，0805，1%	6，5V下约10mA级；按LED压降和现场对比度调整。
光电接收上拉	10kΩ，0805，1%	6，先取模拟量；可调到4.7k～22k。ADC接口预留小RC滤波。
普通阻容	电阻0805；信号陶瓷0805 X7R；按手册要求选择耐压	在原理图完成后统计数量，不盲目下整套物料。
控制操作	启停按钮、复位按钮、5V指示灯、状态指示灯	启停可软件控制，必须保留切断电机电源的实体开关。

车体与供电

两驱差速结构：亚克力底板约180～200mm长、140～160mm宽，两个37mm减速电机支架，两个65mm轮子及6mm D轴匹配轮毂，一只万向轮。购买支架前核对电机安装孔图，不能套用TT专用底盘。
65mm轮、100rpm时理论空载线速度为π×0.065×100/60≈0.34m/s；开始调试控制在约0.1m/s，便于观察30cm正方形直角转弯。此为计算值，不是实测车速。
台架优先使用带限流的12V/5A直流电源；先小电流限流逐段上电，再逐步提高。
移动供电采用成品带保护3S锂电池包，标称11.1V、满电12.6V、约1500mAh、允许持续放电≥5A，配原厂匹配12.6V充电器。12V输入额定值与3S供电范围是否符合现场解释需确认。主板不是充电器。
满电12.6V时，12V电机的初始PWM上限可先设约95%，并采用软启动；平均电压限制不能消除所有峰值电流，仍需限流。
两台电机按额定电流相加约1.36A；12V下同时堵转的标称合计约4.38A，再加逻辑负载，因此选择5A供电能力。堵转仅用于评估启动和保护，不允许长期堵转。
光电小板6路，阵列总跨度约50～70mm，前后/高度可调。优先在实车上验证2cm线宽的可见范围，再定传感器板尺寸。

3. 相容性与初始参数

电机限流

DRV8704手册式(1)：

I_CHOP = 2.75 × TORQUE / (256 × ISGAIN × R_SENSE)

取R_SENSE=0.10Ω、ISGAIN=5、TORQUE=93（十进制），得到约1.998A。该值是标称电流斩波阈值，不是精密测量值，也不是“每路2A连续输出”验证结论。两路使用相同电阻，先按相同设置启动。

2A流过0.10Ω，电阻耗散0.4W；选≥2W、优选3W给环境和脉冲留余量。DRV8704的TORQUE/ISGAIN设置是共同配置，不要误认为两个电机可以分别写不同限流寄存器。

DRV8704不提供可直接读取安培数的电流ADC；SPI状态寄存器不能直接当电流表。若需要持续过流/堵转检测，可另加差分电流采样放大器或编码器。首版先采用软启动、启停超时、异常状态关断及人工限流台架测试，不宣称已实现自动堵转保护。

主控与驱动接口

主控5V、DRV8704数字输入允许0～5.3V，相容。FAULTn和SDATO为开漏，按手册外加上拉到逻辑5V。
电机控制四路xIN：首版建议四路都接可输出PWM的主控引脚，正转/反转时切换哪一路输出PWM；不用只接两路PWM后才发现反向无法调速。
另接SPI四线、SLEEPn、RESET、FAULTn；SLEEPn硬件下拉，使主控未初始化时功率级关闭。
首次固件先保持休眠/输出禁用，配置并读回寄存器、确认输入为停止状态，再使能功率级。
初始电机PWM约20kHz；限流斩波频率、驱动电流、死区/驱动检测设置均依手册并在样机用示波器核对。
STC的P5.4复位脚功能涉及ISP选项，不能直接套用其他8051的高电平复位电路。下载以官方最小系统为准。
编译链使用STC官方支持的Keil C251流程；不能把“32位8051”当作ARM Cortex-M，也不能默认普通C51工程配置直接适用。Mac上可使用已有Windows环境完成官方工具链验证。
UART冷启动下载时，USB串口TX可能从主控RX反向供电；按STC官方最小系统图处理隔离和掉电流程，必要时使用STC官方USB转双串口下载工具。只断开VCC线不等于消除了信号脚反向供电。
六路ADC、四路PWM、SPI、UART和控制脚先做引脚分配表，再开始原理图连线。此文档不虚构尚未核对的具体复用脚号。

热与瞬态

AOD4184A以125℃、10V栅压RDS(on)=12mΩ估算，两颗导通路径在2A时导通损耗约0.096W/桥；这不含开关损耗、体二极管损耗、采样电阻和PCB损耗，不能代替温升测试。
40V MOS、32V输入上限的AP63205和30V AO4407A必须结合母线实测与TVS钳位配合；SMBJ15A不是持续制动能量消耗器。
电解35V留出相对钳位电压的余量；陶瓷核对直流偏压降容。
每个H桥大电流环路紧凑，功率回流不能串过主控/ADC地回路；使用连续参考地并控制电流路径，不随意割裂地平面。采样用Kelvin走线。
急停/换向先降低占空比、等待电流衰减，不能满速直接反接。

4. 为什么没有选其他方案

DRV8701：功能很好，PH/EN更简单，但需要两颗，且24脚QFN底部焊盘的首版手焊/检查难度更高，未作为主方案。
IR2104：SOIC-8易焊，但普通自举结构不适合长时间100%高侧导通，还要额外安排限流和控制，首版不选。
L298N：双极型功率级，并非“外置MOS”教学方案；损耗及对题意的解释都有额外问题，未选。TB6612等集成MOS驱动也不作为硬件组主方案。
继电器：能换向，但不适合直接承担高频PWM调速，机械与触点问题增加调试负担。
普通运放：不直接带电机；目前光电用ADC、驱动已有电流比较调节，因此首版不额外加入运放。
Pololu 25D LP12V：低堵转电流很合适，但官网该型号显示需到货通知/允许预订，且单价较高，未选为这次采购主方案。

5. 文档阅读顺序

1. 本说明：先看总体架构、限流与接口要求。

2. STC32G最新技术手册：下载的封面日期为2026/10/23；优先看4.1.5 LQFP48最小系统（印刷页270起）、封装、供电、ISP、GPIO、PWM、SPI、ADC章节。完整手册近2000页，无需从头读完。

3. STC32G V9.4实验箱原理图：对照电源、UCAP、下载接口；只取所需部分，不整张照搬。

4. AP63205数据手册＋EVB用户指南：典型电路、4.7μH电感、输入/输出电容及布局。

5. DRV8704数据手册：第5节引脚、第7节控制与SPI、第8节应用、第9节供电、第10节布局。特别注意SCS有效极性、开漏输出、底部焊盘及电荷泵连接。

6. DRV8704 EVM指南：参考完整功率级和布局，不照搬评估板的555等演示电路。

7. AOD4184A / AO4407A / SMBJ15A：核对引脚、额定值、栅压和封装；不得只按商家名称代换。

8. Motor Driver PCB Layout：在摆件布线前阅读回路和去耦相关章节。

9. TCRT5000：安装距离、管脚和光学响应。

10. FIT0492-B厂商规格页：电流、转速、轴径和机械尺寸。它是电机规格页，不冒称独立完整电机数据手册。

6. 来源

STC主控产品与库/工具入口：https://stcmicro.com/cn/stc/stc32g12k128.html
STC最新手册：https://www.stcaimcu.com/data/download/Datasheet/STC32G.pdf
STC V9.4原理图：https://stcmicro.com/pdf/STC32G-DEMO-V9.4-SCH.pdf
AP63205：https://www.diodes.com/part/view/AP63205/
AP63205数据手册：https://www.diodes.com/datasheet/download/AP63200-AP63201-AP63203-AP63205.pdf
AP63205评估板：https://www.diodes.com/assets/Evaluation-Boards/AP63205-EVB-User-Guide.pdf
DRV8704：https://www.ti.com/product/DRV8704
DRV8704数据手册：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8704.pdf
DRV8704评估板：https://www.ti.com/lit/ug/slvual6/slvual6.pdf
电机驱动布局：https://www.ti.com/lit/an/slva959b/slva959b.pdf
AOD4184A：https://www.aosmd.com/res/data_sheets/AOD4184A.pdf
AO4407A：https://www.aosmd.com/sites/default/files/res/datasheets/AO4407A.pdf
SMBJ15A：https://www.aosmd.com/sites/default/files/res/datasheets/SMBJ15A.pdf
TCRT5000：https://www.vishay.com/docs/83760/tcrt5000.pdf
FIT0492-B：https://www.dfrobot.com/product-1472.html
CH340：https://www.wch.cn/products/CH340.html

芯片型号、封装、数量与指标已选定；淘宝实际库存、真假及价格尚未核验，不能据此声称已经确认全套现货。采购时保留订单与金额；打板、焊接地点等考核要求以用户提供的PDF为准。