STM32CubeMX学习笔记（20）——DAC接口使用(输出正

作者: Leung_ManWah | 来源:发表于2021-03-17 17:51 被阅读0次

一、DAC简介

DAC(Digital-to-Analog Converter)，即数字/模拟转换模块，故名思议，它的作用就是把输入的数字编码，转换成对应的模拟电压输出，它的功能与 ADC 相反。在常见的数字信号系统中，大部分传感器信号被化成电压信号，而 ADC 把电压模拟信号转换成易于计算机存储、处理的数字编码，由计算机处理完成后，再由 DAC 输出电压模拟信号，该电压模拟信号常用来驱动某些执行器件，使人类易于感知。如音频信号的采集及还原就是这样一个过程。

STM32 具有片上 DAC 外设，它的分辨率可配置为 8 位或 12 位的数字输入信号，具有两个 DAC 输出通道，这两个通道互不影响，每个通道都可以使用 DMA 功能，都具有出错检测能力，可外部触发。

二、DAC通道选择

在 STM32 中具有 2 个这样的 DAC 部件，每个 DAC 有 1 个对应的输出通道连接到特定的引脚，即：PA4-通道 1，PA5-通道 2，为避免干扰，使用 DAC 功能时，DAC 通道引脚需要被配置成模拟输入功能（AIN）。

三、新建工程

1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”

2. 选择 MCU 和封装

3. 配置时钟
RCC 设置，选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)

选择 Clock Configuration，配置系统时钟 SYSCLK 为 72MHz
修改 HCLK 的值为 72 后，输入回车，软件会自动修改所有配置

4. 配置调试模式
非常重要的一步，否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
SYS 设置，选择 Debug 为 Serial Wire

四、DAC1

4.1 参数配置

在 Analog 中选择 DAC 设置，并选择 OUT1 Configuration 通道1

或者在右边图找到 PA4 引脚，选择 DAC_OUT1

具体配置参数如下。

OUT1/2 Configuration：
对应两个输出通道。
External Trigger：
外部中断EXTI9 触发 就是使用外部中断来触发DAC。
Output Buffer：
使能DAC输出缓存。

DAC 集成了 2 个输出缓存，可以用来减少输出阻抗，无需外部运放即可直接驱动外部负载。每个 DAC 通道输出缓存可以通过设置 DAC_CR 寄存器的 BOFFx 位来使能或者关闭。如果带载能力还不行，后面就接一个电压跟随器，选择运放一定要选择电流大的型号。
使能输出缓冲后，DAC 输出的最小电压为 0.2V，最大电压为 VREF+-0.2，而未使能输出缓冲则输出可达到0V。

Trigger：
选择DAC的触发方式
Timer 2/4/5/6/7/8 Trigger Out event 定时器触发，利用这种方式可以输出特定的波形。在这里我们选择定时器2。
Software trigger 软件触发，在本模式下，向 DAC_SWTRIGR 寄存器写入配置即可触发信号进行转换。
Wave generation mode：Disable（不使用波形发生器）。

4.2 配置DMA

点击 DMA Settings 添加 DAC_CH1 对应 DMA2 的通道3。DMA模式选择循环模式，方向选为内存到外设。

Priority：
当发生多个 DMA 通道请求时，就意味着有先后响应处理的顺序问题，这个就由仲裁器也管理。仲裁器管理 DMA 通道请求分为两个阶段。第一阶段属于软件阶段，可以在 DMA_CCRx 寄存器中设置，有 4 个等级：非常高、高、中和低四个优先级。第二阶段属于硬件阶段，如果两个或以上的 DMA 通道请求设置的优先级一样，则他们优先级取决于通道编号，编号越低优先权越高，比如通道 0 高于通道 1。在大容量产品和互联型产品中，DMA1 控制器拥有高于 DMA2 控制器的优先级。
Mode：
Normal 表示单次传输，传输一次后终止传输。
Circular 表示循环传输，传输完成后又重新开始继续传输，不断循环永不停止。
Increment Address：
Peripheral 表示外设地址自增。
Memory 表示内存地址自增。
Data Width：
Byte 一个字节。
Half Word 半个字，等于两字节。
Word 一个字，等于四字节。

五、TIM2通用定时器

5.1 参数配置

在 Timers 中选择 TIM2 设置，时钟源 Clock Source 选择内部时钟 Internal Clock

在 Parameter Settings 进行具体参数配置。

Prescaler（时钟预分频数）：0 则驱动计数器的时钟 CK_CNT = CK_INT(即72MHz)/(0+1) = 72MHz 即不分频
Counter Mode（计数模式）：Up（向上计数模式）
Counter Period（自动重装载值）：20-1
auto-reload-preload（自动重装载）：Disable（不使能）
TRGO Parameters（触发输出）：Update Event（更新事件） 在定时器的定时时间到达的时候输出一个信号(如：定时器更新产生TRGO信号来触发ADC的同步转换)

5.2 生成代码

输入项目名和项目路径

选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5

每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代码都生成在 main.c
勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。

点击 GENERATE CODE 生成代码

六、库函数

/* IO operation functions *****************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);     //开启DAC输出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);   //关闭DAC输出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t* pData, uint32_t Length, uint32_t Alignment); //需要函数中不断开启   //开启DAC的DMA输出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop_DMA(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel); //关闭DAC的DMA输出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t Alignment, uint32_t Data);  //设置DAC输出值
uint32_t HAL_DAC_GetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);  //获取DAC输出值

/**
  * @brief  Starts the TIM Base generation.
  * @param  htim TIM Base handle
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_TIM_Base_Start(TIM_HandleTypeDef *htim);

七、生成正弦波数据表

要输出正弦波，实质是要控制 DAC 以 v=sin(t)的正弦函数关系输出电压，其中 v 为电压输出，t 为时间。而由于模拟信号连续而数字信号是离散的，所以使用 DAC 产生正弦波时，只能按一定时间间隔输出正弦曲线上的点，在该时间段内输出相同的电压值，若缩短时间间隔，提高单个周期内的输出点数，可以得到逼近连续正弦波的图形，见下图 37-3，若在外部电路加上适当的电容滤波，可得到更完美的图形。

由于正弦曲线是周期函数，所以只需要得到单个周期内的数据后按周期重复即可，而单个周期内取样输出的点数又是有限的，所以为了得到呈 v=sin(t)函数关系电压值的数据通常不会实时计算获取，而是预先计算好函数单个周期内的电压数据表，并且转化成以 DAC 寄存器表示的值。如 sin 函数值的范围为[-1: +1]，而 STM32 的 DAC 输出电压范围为[0~3.3]V，按 12 位 DAC 分辨率表示的方法，可写入寄存器的最大值为 212 = 4096，即范围为[0:4096]。所以，实际输出时，会进行如下处理：

抬升 sin 函数的输出为正值：v = sin(t)+1 ，此时，v 的输出范围为[0:2]；

扩展输出至 DAC 的全电压范围: v = 3.3*(sin(t)+1)/2 ，此时，v 的输出范围为[0:3.3]，正是 DAC 的电压输出范围，扩展至全电压范围可以充分利用 DAC 的分辨率；

把电压值以 DAC 寄存器的形式表示：Reg_val = 212/3.3 * v = 211*(sin(t)+1)，此时，存储到 DAC 寄存器的值范围为[0:4096]；

实践证明，在 sin(t)的单个周期内，取 32 个点进行电压输出已经能较好地还原正弦波形，所以在 t∈[0:2π]区间内等间距根据上述 Reg_val 公式运算得到 32 个寄存器值，即可得到正弦波表；

控制 DAC 输出时，每隔一段相同的时间从上述正弦波表中取出一个新数据进行输出，即可输出正弦波。改变间隔时间的单位长度，可以改变正弦波曲线的周期。

生成的正弦波数据表：

[2048, 2460, 2856, 3218, 3532, 3786, 3969, 4072, 4093, 4031, 3887, 3668, 3382, 3042, 2661, 
2255, 1841, 1435, 1054, 714, 428, 209, 65, 3, 24, 127, 310, 564, 878, 1240, 1636, 2048]

八、修改main函数

添加正弦波数据表

uint16_t Sine12bit[32] = {
    2048    , 2460  , 2856  , 3218  , 3532  , 3786  , 3969  , 4072  ,
    4093    , 4031  , 3887  , 3668  , 3382  , 3042  ,2661   , 2255  , 
    1841    , 1435  , 1054  , 714   , 428   , 209   , 65    , 3     ,
    24      , 127   , 310   , 564   , 878   , 1240  , 1636  , 2048
};

添加 HAL_TIM_Base_Start() 函数，启动定时器。
添加 HAL_DAC_Start_DMA()函数，启动 DAC 的 DMA 输出。

uint16_t Sine12bit[32] = {
    2048    , 2460  , 2856  , 3218  , 3532  , 3786  , 3969  , 4072  ,
    4093    , 4031  , 3887  , 3668  , 3382  , 3042  ,2661   , 2255  , 
    1841    , 1435  , 1054  , 714   , 428   , 209   , 65    , 3     ,
    24      , 127   , 310   , 564   , 878   , 1240  , 1636  , 2048
};

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_DAC_Init();
  MX_TIM2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
  HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)Sine12bit, 32, DAC_ALIGN_12B_R);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

九、实验现象

112500 Hz 即 112.5KHz

十、注意事项

用户代码要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之间，否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后，会被删除。

• 由 Leung 写于 2021 年 3 月 17 日

• 参考：STM32CubeMX系列教程8:数模转换(DAC)
　　　　《嵌入式-STM32开发指南》第二部分基础篇 - 第8章模拟输入输出-DAC（HAL库）
　　　　STM32 CubeMX生成DAC＋DMA＋TIM生成正弦波