STM32——DAC篇（基于f103)

技术笔记！

一、DAC简介（了解）

1.1 DAC概念

传感器信号采集改变电信号，通过ADC转换成单片机可以处理的数字信号，处理后，通过DAC转换成电信号，进而实现对系统的控制。

1.2 DAC的特性参数

1.3 STM32各系列DAC的主要特性

二、DAC工作原理（掌握）

2.1 DAC框图简介

2.2 参考电压/模拟部分电压

2.3 DAC数据格式

2.4 触发源

2.5 DMA请求

2.6 DAC输出电压

三、DAC输出实验（熟悉）

3.1 实验简要（了解）

3.2 DAC寄存器介绍（了解）

3.3 DAC输出实验配置步骤（掌握）

3.4 编程实战：DAC输出实验（掌握）

dac.c

#include "./BSP/DAC/dac.h"


DAC_HandleTypeDef g_dac_handle;

/* DAC初始化函数 */
void dac_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf;

    g_dac_handle.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&g_dac_handle);                                        /* 初始化DAC */

    dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;                         /* 不使用触发功能 */
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;            /* DAC输出缓冲关闭 */

    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);  /* 配置DAC通道1 */
    HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);                        /* 开启DAC通道1 */
}

/* DAC MSP初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if (hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/* 设置通道输出电压 */
void dac_set_voltage(uint16_t vol)
{
    double temp = vol;
    temp /= 1000;
    temp = temp * 4096 / 3.3;

    if (temp >= 4096)temp = 4095;   /* 如果值大于等于4096, 则取4095 */

    HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, temp); /* 12位右对齐数据格式设置DAC值 */
}

main.c

#include "./BSP/DAC/dac.h"


DAC_HandleTypeDef g_dac_handle;

/* DAC初始化函数 */
void dac_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf;

    g_dac_handle.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&g_dac_handle);                                        /* 初始化DAC */

    dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;                         /* 不使用触发功能 */
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;            /* DAC输出缓冲关闭 */

    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);  /* 配置DAC通道1 */
    HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);                        /* 开启DAC通道1 */
}

/* DAC MSP初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if (hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/* 设置通道输出电压 */
void dac_set_voltage(uint16_t vol)
{
    double temp = vol;
    temp /= 1000;
    temp = temp * 4096 / 3.3;

    if (temp >= 4096)temp = 4095;   /* 如果值大于等于4096, 则取4095 */

    HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, temp); /* 12位右对齐数据格式设置DAC值 */
}

四、DAC输出三角波实验（熟悉）

4.1 实验简要（了解）

4.2 编程实战：DAC输出三角波实验（掌握）

dac.c

#include "./BSP/DAC/dac.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"


DAC_HandleTypeDef g_dac_handle;

/* DAC初始化函数 */
void dac_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf;
    
    g_dac_handle.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&g_dac_handle);
    
    dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;
    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);

    HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);
}

/* DAC MSP初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if (hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/**
 * @brief       设置DAC_OUT1输出三角波
 *   @note      输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) Khz, 不过在dt较小的时候,比如小于5us时, 由于delay_us
 *              本身就不准了(调用函数,计算等都需要时间,延时很小的时候,这些时间会影响到延时), 频率会偏小.
 * 
 * @param       maxval : 最大值(0 < maxval < 4096), (maxval + 1)必须大于等于samples/2
 * @param       dt     : 每个采样点的延时时间(单位: us)
 * @param       samples: 采样点的个数, samples必须小于等于(maxval + 1) * 2 , 且maxval不能等于0
 * @param       n      : 输出波形个数,0~65535
 *
 * @retval      无
 */
void dac_triangular_wave(uint16_t maxval, uint16_t dt, uint16_t samples, uint16_t n)
{
    uint16_t i, j;
    float incval;                               /* 递增量 */
    float Curval;                               /* 当前值 */
    
    if(samples > ((maxval + 1) * 2))return ;    /* 数据不合法 */
        
    incval = (maxval + 1) / (samples / 2);      /* 计算递增量 */
    
    for(j = 0; j < n; j++)
    { 
        Curval = 0;
        HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);    /* 先输出0 */
        for(i = 0; i < (samples / 2); i++)      /* 输出上升沿 */
        {
            Curval  +=  incval;                 /* 新的输出值 */
            HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);
            delay_us(dt);
        }
        for(i = 0; i < (samples / 2); i++)      /* 输出下降沿 */
        {
            Curval  -=  incval;                 /* 新的输出值 */
            HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);
            delay_us(dt);
        }
    }
}

main.c

int main(void)
{
    uint8_t t = 0; 
    uint8_t key;

    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                 /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    key_init();                         /* 初始化按键 */
    dac_init();                         /* 初始化DAC1_OUT1通道 */

    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "DAC Triangular WAVE TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Wave1  KEY1:Wave2", RED);
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC None", BLUE); /* 提示无输出 */

    while (1)
    {
        t++;
        key = key_scan(0);                           /* 按键扫描 */

        if (key == KEY0_PRES)                        /* 高采样率 , 100hz波形 ， 实际只有65.5hz */
        {
            lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC Wave1 ", BLUE);
            dac_triangular_wave(4095, 5, 2000, 100); /* 幅值4095, 采样点间隔5us, 2000个采样点, 100个波形 */
            lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC None  ", BLUE);
        }
        else if (key == KEY1_PRES)                   /* 低采样率 , 100hz波形 ， 实际99.5hz */
        {
            lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC Wave2 ", BLUE);
            dac_triangular_wave(4095, 500, 20, 100); /* 幅值4095, 采样点间隔500us, 20个采样点, 100个波形 */
            lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC None  ", BLUE);
        }

        if (t == 10)                                 /* 定时时间到了 */
        {
            LED0_TOGGLE();                           /* LED0闪烁 */
            t = 0;
        }

        delay_ms(10);
    }
}

五、DAC输出正弦波实验（熟悉）

5.1 实验简要（了解）

5.2 DAC输出正弦波实验配置步骤（掌握）

5.3 产生正弦波序列函数介绍（熟悉）

5.4 编程实战：DAC输出正弦波实验（掌握）

dac.c

#include "./BSP/DAC/dac.h"


DMA_HandleTypeDef g_dma_dac_handle;
DAC_HandleTypeDef g_dac_dma_handle;

extern uint16_t g_dac_sin_buf[4096];            /* 发送数据缓冲区 */

/* DAC DMA输出波形初始化函数 */
void dac_dma_wave_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf;
    
   __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();
    
    g_dma_dac_handle.Instance = DMA2_Channel3;
    g_dma_dac_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    g_dma_dac_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    g_dma_dac_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    g_dma_dac_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    g_dma_dac_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    g_dma_dac_handle.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    g_dma_dac_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    HAL_DMA_Init(&g_dma_dac_handle);
    
    __HAL_LINKDMA(&g_dac_dma_handle, DMA_Handle1, g_dma_dac_handle);
    
    g_dac_dma_handle.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&g_dac_dma_handle);
    
    dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T7_TRGO;
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;
    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_dma_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);
    
    HAL_DMA_Start(&g_dma_dac_handle, (uint32_t)g_dac_sin_buf, (uint32_t)&DAC1->DHR12R1, 0);
}

/* DAC MSP初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if (hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/**
 * @brief       DAC DMA使能波形输出
 *   @note      TIM7的输入时钟频率(f)来自APB1, f = 36M * 2 = 72Mhz.
 *              DAC触发频率 ftrgo = f / ((psc + 1) * (arr + 1))
 *              波形频率 = ftrgo / ndtr; 
 *
 * @param       ndtr        : DMA通道单次传输数据量
 * @param       arr         : TIM7的自动重装载值
 * @param       psc         : TIM7的分频系数
 * @retval      无
 */
void dac_dma_wave_enable(uint16_t cndtr, uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_HandleTypeDef tim7_handle = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef tim_mater_config = {0};
    
    __HAL_RCC_TIM7_CLK_ENABLE();
    
    tim7_handle.Instance = TIM7;
    tim7_handle.Init.Prescaler = psc;
    tim7_handle.Init.Period = arr;
    HAL_TIM_Base_Init(&tim7_handle);

    tim_mater_config.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE;
    tim_mater_config.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&tim7_handle, &tim_mater_config);

    HAL_TIM_Base_Start(&tim7_handle);

    HAL_DAC_Stop_DMA(&g_dac_dma_handle, DAC_CHANNEL_1);
    HAL_DAC_Start_DMA(&g_dac_dma_handle, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)g_dac_sin_buf, cndtr, DAC_ALIGN_12B_R);
}

main.c

uint16_t g_dac_sin_buf[4096];            /* 发送数据缓冲区 */

/**
 * @brief       产生正弦波序列函数
 *   @note      需保证: maxval > samples/2
 * @param       maxval : 最大值(0 < maxval < 2048)
 * @param       samples: 采样点的个数
 * @retval      无
 */
void dac_creat_sin_buf(uint16_t maxval, uint16_t samples)
{
    uint8_t i;
    float outdata = 0;                     /* 存放计算后的数字量 */
    float inc = (2 * 3.1415962) / samples; /* 计算相邻两个点的x轴间隔 */

    if(maxval <= (samples / 2))return ;	   /* 数据不合法 */

    for (i = 0; i < samples; i++)
    {
        /* 
         * 正弦波函数解析式：y = Asin(ωx + φ）+ b
         * 计算每个点的y值，将峰值放大maxval倍，并将曲线向上偏移maxval到正数区域
         * 注意：DAC无法输出负电压，所以需要将曲线向上偏移一个峰值的量，让整个曲线都落在正数区域
         */
        outdata = maxval * sin(inc * i) + maxval;
        if (outdata > 4095)
            outdata = 4095; /* 上限限定 */
        //printf("%f\r\n",outdata);
        g_dac_sin_buf[i] = outdata;
    }
}

int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    uint8_t key;
    
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                 /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    key_init();                         /* 初始化按键 */

    dac_dma_wave_init();
    
    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "DAC DMA Sine WAVE TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:3Khz  KEY1:30Khz", RED);
    
    dac_creat_sin_buf(2048, 100);
    dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 72 - 1);  /* 100Khz触发频率, 100个点, 得到1Khz的正弦波 */
    
    while (1)
    {
        t++;
        key = key_scan(0);                                  /* 按键扫描 */

        if (key == KEY0_PRES)                               /* 高采样率 */
        {
            dac_creat_sin_buf(2048, 100);
            dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 24 - 1);       /* 300Khz触发频率, 100个点, 得到最高3KHz的正弦波. */
        }
        else if (key == KEY1_PRES)                          /* 低采样率 */
        {
            dac_creat_sin_buf(2048, 10);
            dac_dma_wave_enable(10, 10 - 1, 24 - 1);        /* 300Khz触发频率, 10个点, 可以得到最高30KHz的正弦波. */
        }

        if (t == 40)        /* 定时时间到了 */
        {
            LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁 */
            t = 0;
        }

        delay_ms(5);
    }
}

六、PWM DAC实验（熟悉）

6.1， PWM DAC应用背景（了解）

6.2， PWM DAC技术实现原理（了解）

6.2.1，什么是PWM DAC技术？

6.2.2，用分段函数表示PWM波

6.2.3，将PWM波分段函数进行傅里叶级数展开

6.2.4，PWM DAC的分辨率

6.2.5，8位分辨率下对RC滤波器的设计要求

6.2.6，PWM DAC二阶低通滤波器原理图

6.3，编程实战： PWM DAC实验（掌握）

pwmdac.c

#include "./BSP/PWMDAC/pwmdac.h"


TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle;

/* PWM DAC初始化 */
void pwmdac_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_OC_InitTypeDef timx_oc_pwm_chy = {0};
    
    g_timx_pwm_chy_handle.Instance = TIM1;
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.Prescaler = psc;
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.Period = arr;
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    HAL_TIM_PWM_Init(&g_timx_pwm_chy_handle);
    
    timx_oc_pwm_chy.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    timx_oc_pwm_chy.Pulse = 0;
    timx_oc_pwm_chy.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_timx_pwm_chy_handle, &timx_oc_pwm_chy, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1);
}

/* TIM MSP初始化函数 */
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance == TIM1)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_8;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;            /* 推挽复用 */
        gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                /* 上拉 */
        gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;      /* 高速 */
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/* 设置PWM DAC输出电压 */
void pwmdac_set_voltage(uint16_t vol)
{
    float temp = vol;
    temp /= 1000;
    temp = temp * 256 / 3.3;
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1, temp);
}

main.c

int main(void)
{
    uint16_t adcx;
    float temp;
    
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                 /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    adc_init();                         /* 初始化ADC */
    pwmdac_init(256 - 1, 0);
    
    pwmdac_set_voltage(2800);
    
    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ADC TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    while (1)
    {
        adcx = adc_get_result();
 
        temp = (float)adcx * (3.3 / 4096);              /* 获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111 */
        adcx = temp;                                    /* 赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形 */
        lcd_show_xnum(134, 110, adcx, 1, 16, 0, BLUE);  /* 显示电压值的整数部分，3.1111的话，这里就是显示3 */

        temp -= adcx;                                   /* 把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1111-3=0.1111 */
        temp *= 1000;                                   /* 小数部分乘以1000，例如：0.1111就转换为111.1，相当于保留三位小数。 */
        lcd_show_xnum(150, 110, temp, 3, 16, 0X80, BLUE);/* 显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是111. */

        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(100);
    }
}