数模转换原理

DAC模块框图

事件选择控制数字模拟转换

DAC转换

DAC数据格式

选择DAC触发

DAC输出电压计算

硬件连接

DAC配置步骤

实验源码

数模转换原理

STM32的DAC模块(数字/模拟转换模块)是12位数字输入,电压输出型的DAC。DAC可以配置为8位或12位模式,也可以与DMA控制器配合使用。DAC工作在12位模式时,数据可以设置成左对齐或右对齐。DAC模块有2个输出通道,每个通道都有单独的转换器。在双DAC模式”,2个通道可以独立地进行转换,也可以同时进行转换并同步地更新2个通道的输出。DAC可以通过引脚输入参考电压VREF+以获得更精确的转换结果。

STM32的DAC模块主要特点

1.2个DAC转换器:每个转换器对应1个输出通道

2.8位或者12位单调输出

3.12位模式下数据左对齐或者右对齐

4.同步更新功能

5.噪声波形生成

6.三角波形生成

7.双DAC通道同时或者分别转换

8.每个通道都有DMA功能

DAC模块框图

VDDA和VSSA为DAC模块模拟部分的供电。Vref+则是DAC模块的参考电压。DAC_OUTx就是DAC的输出通道了(对应PA4或者PA5引脚),数值的话是写到DHRx经过一段时间控制逻辑写到DORx里面在又数字至模拟转换器输出模拟电压DAC_OUTx通道,也可以通过触发。

事件选择控制数字模拟转换

一旦使能DACx通道,相应的GPIO引(PA4或者PA5)就会自动与DAC的模拟输出相连(DAC_OUTx)。为了避免寄生的干扰和额外的功耗,引脚PA4或者PA5在之前应当设置成模拟输入(AIN)。

DAC转换

不能直接对寄存器DAC_DORx写入数据,任何输出到DAC通道x的数据都必须写入DAC_DHRx寄存器(数据实际写入DAC_DHR8Rx、 DAC_DHR12Lx、 DAC_DHR12Rx、 DAC_DHR8RD、DAC_DHR12LD、或者DAC_DHR12RD寄存器)。

如果没有选中硬件触发(寄存器DAC_CR1的TENx位置'0'),存入寄存器DAC_DHRx的数据会在一个APB1时钟周期后自动传至寄存器DAC_DORx。

如果选中硬件触发(寄存器DAC_CR1的TENx位置'1'),数据传输在触发发生以后3个APB1时钟周期后完成。旦数据从DAC_DHRx寄存器装入DAC_DORx寄存器,在经过时间tSETTLING之后,输出即有效,这段时间的长短依电源电压和模拟输出负载的不同会有所变化。

DAC数据格式

根据选择的配置模式,数据按照下文所述写入指定的寄存器:

单DAC通道x,有3种情况:

8位数据右对齐:用户须将数据写入寄存器DAC_DHR8Rx[7:0]位(实际是存入寄存器DHRx[11:4]位)

12位数据左对齐:用户须将数据写入寄存器DAC_DHR12Lx[15:4]位(实际是存入寄存器DHRx[11:0] 位)

12位数据右对齐:用户须将数据写入寄存器DAC_DHR12Rx[11:0]位(实际是存入寄存器DHRx[11:0]位)

根据对DAC_DHRyyyx寄存器的操作,经过相应的移位后,写入的数据被转存到DHRx寄存器中(DHRx是内部的数据保存寄存器x)。随后,DHRx寄存器的内容或被自动地传送到DORx寄存器,或通过软件触发或外部事件触发被传送到DORx寄存器

选择DAC触发

如果TENx位被置1, DAC转换可以由某外部事件触发(定时器计数器、外部中断线)。配置控制位TSELx[2:0]可以选择8个触发事件之一触发DAC转换。

每次DAC接口侦测到来自选中的定时器TRGO输出,或者外部中断线9的上升沿,最近存放在寄存器DAC_DHRx中的数据会被传送到寄存器DAC_DORx中。在3个APB1时钟周期后,寄存器DAC_DORx更新为新值。

如果选择软件触发,一旦SWTRIG位置'1',转换即开始。在数据从DAC_DHRx寄存器传送到DAC_DORx寄存器后, SWTRIG位由硬件自动清'0'。

DAC输出电压计算

数字输入经过DAC被线性地转换为模拟电压输出,其范围为0到VREF+。

任一DAC通道引脚上的输出电压满足下面的关系(4096是12位精度转换成十进制):

DAC输出 = VREF * (DOR / 4096)

硬件连接

DAC配置步骤

1.开启PA口时钟,设置PA4为模拟输入。

STM32F103ZET6 的DAC通道1在PA4上,所以,我们先要使能PORTA的时钟,然后设置PA4为模拟输入。DAC本身是输出,但是为什么端口要设置为模拟输入模式呢?因为一但使能DACx通道之后,相应的GPIO引脚(PA4或者PA5)会自动与DAC的模拟输出相连,设置为输入,是为了避免额外的干扰。

使能GPIOA时钟:

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); //使能PORTA时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入

2.使能DAC1时钟。

同其他外设一样,要想使用,必须先开启相应的时钟。STM32的DAC模块时钟是由APB1提供的,所以我们调用函数RCC APB1PeriphClockCmd()设置DAC模块的时钟使能。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE); //使能 DAC 通道时钟

3.初始化DAC,设置DAC的工作模式。

该部分设置全部通过DAC_CR设置实现,包括: DAC通道1使能、DAC通道1输出缓存关闭、不使用触发、不使用波形发生器等设置。这里DMA初始化是通过函数DAC_Init完成的:

void DAC Init(uint32 t DAC Channel, DAC InitTypeDef* DAC InitStruct);

typedef struct

{

uint32_t DAC_Trigger;  

uint32 t DAC_WaveGeneration;  

uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude;

uint32_t DAC_OutputBuffer;

}DAC_InitTypeDef;

4.使能DAC转换通道

初始化DAC之后,理所当然使能DAC转换通道,库函数方法是:

DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); //使能 DAC

设置DAC的输出值。

通过前面4个步骤的设置,DAC就可以开始工作了,使用12位右对齐数据格式,所以我们通过设置DHR12R1,就可以在DAC输出引脚(PA4)得到不同的电压值了。库函数的函数是:

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);

第一个参数设置对齐方式,可以为12位右对齐

DAC_Align_12b_R, 12位左对齐DAC_Align_12b_L以及8位右对齐DAC_Align_8b_R方式。第二个参数就是DAC的输入值了,初始化设置为0。

实验源码

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : user_rcc_config.c
  * @brief          : V1.00
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  ******************************************************************************
  */

/* Include 包含---------------------------------------------------------------*/
#include "user_rcc_config.h"
/* Typedef 类型----------------------------------------------------------------*/
/* Define  定义----------------------------------------------------------------*/
/* Macro   宏------------------------------------------------------------------*/
/* Variables 变量--------------------------------------------------------------*/
/* Constants 常量--------------------------------------------------------------*/
/* Function  函数--------------------------------------------------------------*/

/*!
	\brief		RCC配置
	\param[in]	none
	\param[out]	none
	\retval 	none
*/
void Rcc_config(void)
{	
	/*使能GPIOA时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	/*使能UART1时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	/*使能ADC1通道时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE );
	/*使能DAC通道时钟*/
   	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE );	  
	/*设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M*/
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
}

/************************************************************** END OF FILE ****/

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : user_gpio.c
  * @brief          : V1.00
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  ******************************************************************************
  */

/* Include 包含---------------------------------------------------------------*/
#include "user_gpio.h"
/* Typedef 类型----------------------------------------------------------------*/
/* Define  定义----------------------------------------------------------------*/
/* Macro   宏------------------------------------------------------------------*/
/* Variables 变量--------------------------------------------------------------*/
/* Constants 常量--------------------------------------------------------------*/
/* Function  函数--------------------------------------------------------------*/

/*!
	\brief		GPIO初始化函数
	\param[in]	none
	\param[out]	none
	\retval 	none
*/
void Gpio_Init(void)
{	
	/*GPIO结构体*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeDefstruct;
	
	/*UART1发送引脚配置*/
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;//推挽复用输出
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Speed =	GPIO_Speed_10MHz;
	/*写入结构体到GPIOA*/
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitTypeDefstruct);
	
	/*UART1接收引脚配置*/
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Speed =	GPIO_Speed_10MHz;
	/*写入结构体到GPIOA*/	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitTypeDefstruct);
	
	/*PA1作为模拟通道输入引脚*/                      
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeDefstruct);	
	
	/*PA4作为模拟输入防止干扰,只要配置了DAC PA4就自动会连接DAC的输出*/
	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;// 端口配置
 	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入
 	GPIO_InitTypeDefstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitTypeDefstruct);
	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4)	;//PA.4 输出高
		
}

/************************************************************** END OF FILE ****/

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : user_adc.c
  * @brief          : V1.00
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  ******************************************************************************
  */

/* Include 包含---------------------------------------------------------------*/
#include "user_adc.h"
/* Typedef 类型----------------------------------------------------------------*/
/* Define  定义----------------------------------------------------------------*/
/* Macro   宏------------------------------------------------------------------*/
/* Variables 变量--------------------------------------------------------------*/
/* Constants 常量--------------------------------------------------------------*/
/* Function  函数--------------------------------------------------------------*/

/*!
	\brief		ADC初始函数
	\param[in]	none
	\param[in]	none
	\retval 	none
*/
void Adc_Init(void)
{	
	/*ADC结构体*/
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	
	/*复位ADC1*/
	ADC_DeInit(ADC1); 
	/*ADC配置*/
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC1独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//不使用外部触发
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	/*写入ADC1里面*/
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	
	/*使能ADC1*/
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	
	/*使能复位校准*/
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	/*等待复位校准结束*/
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
	/*开启AD校准*/
	ADC_StartCalibration(ADC1);
	/*等待校准结束*/
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
 
}

/*!
	\brief		获取ADC1通道数值函数
	\param[in]	none
	\param[in]	none
	\retval 	none
*/
uint16_t Get_Adc(uint8_t Channel)
{
	/*ADC1,通道Channel,转换顺序1第一个转换,采样时间239.5个周期*/
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, Channel, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );
	/*使能ADC1软件转换*/
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
	/*等待转换结束*/
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ) == 0);
	/*返回最近一次ADC1转换结果*/	
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	

}

/*!
	\brief		获取ADC1转换取平均值
	\param[in]	none
	\param[in]	none
	\retval 	none
*/
uint16_t Get_Adc_Average(uint8_t Channel,uint8_t Count)
{
	uint32_t val = 0;
	uint8_t i;
	for(i =0;i<Count;i++)
	{
		val+=Get_Adc(Channel);
		delay_ms(5);
	}

	return val/Count;
}


/************************************************************** END OF FILE ****/

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : user_dac.c
  * @brief          : V1.00
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  ******************************************************************************
  */

/* Include 包含---------------------------------------------------------------*/
#include "user_dac.h"
/* Typedef 类型----------------------------------------------------------------*/
/* Define  定义----------------------------------------------------------------*/
/* Macro   宏------------------------------------------------------------------*/
/* Variables 变量--------------------------------------------------------------*/
/* Constants 常量--------------------------------------------------------------*/
/* Function  函数--------------------------------------------------------------*/

/*!
	\brief		DAC初始函数
	\param[in]	none
	\param[in]	none
	\retval 	none
*/
void Dac_Init(void)
{	
	/*DAC结构体*/
	DAC_InitTypeDef DAC_InitType;
	
	/*DAC通道1配置*/
	DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None;	//不使用触发功能 TEN1=0
	DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;//不使用波形发生
	DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0;//屏蔽、幅值设置
	DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ;	//DAC1输出缓存关闭 BOFF1=1
	/*写入DAC通道1里面*/
    DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType);	 

	/*使能DAC3*/
	DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);	
	/*12位右对齐数据格式设置DAC值*/
	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);
 
}

/*!
	\brief		设置DAC通道1输出电压函数
	\param[in]	0~3300,代表0~3.3V
	\param[in]	none
	\retval 	none
*/
void Dac1_Set_Vol(uint16_t Vol)
{
	float temp=Vol;
	/*转换成电压对应的数值*/
	temp/=1000;
	temp=temp*4096/3.3;
	/*12位右对齐数据格式设置DAC值*/
	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp);
}


/************************************************************** END OF FILE ****/

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : user_uart.c
  * @brief          : V1.00
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  ******************************************************************************
  */

/* Include 包含---------------------------------------------------------------*/
#include "user_uart.h"
/* Typedef 类型----------------------------------------------------------------*/
/* Define  定义----------------------------------------------------------------*/
/* Macro   宏------------------------------------------------------------------*/
/* Variables 变量--------------------------------------------------------------*/

extern uint16_t USART_RX_STA;
extern uint8_t USART_RX_BUF[200];


/* Constants 常量--------------------------------------------------------------*/
/* Function  函数--------------------------------------------------------------*/
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)  
/*实现Printf代码*/
struct __FILE 
{ 
	int handle; 

}; 
FILE __stdout;       

void _sys_exit(int x) 
{ 
	x = x; 
} 
//重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
	while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
    USART1->DR = (u8) ch;      
	return ch;
}
#endif 




/*!
	\brief		UART1初始化
	\param[in]	none
	\param[out]	none
	\retval 	none
*/

void Uart1_Init(u32 bound)
{
	/*UART结构体*/
	USART_InitTypeDef USART_InitTypeDefstruct;
	
	/*UART结构体配置*/
	USART_InitTypeDefstruct.USART_BaudRate = bound; //波特率
	USART_InitTypeDefstruct.USART_HardwareFlowControl =USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流
	USART_InitTypeDefstruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//发送接收使能
	USART_InitTypeDefstruct.USART_Parity = USART_Parity_No; //不使用奇偶校验
	USART_InitTypeDefstruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1个停止位
	USART_InitTypeDefstruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //8个数据位
	/*写入USART1*/
	USART_Init(USART1,&USART_InitTypeDefstruct);
	
	/*使能串口1*/
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}


/*!
	\brief		UART1中断服务函数
	\param[in]	none
	\param[out]	none
	\retval 	none
*/

void USART1_IRQHandler(void)
{

}
	

/************************************************************** END OF FILE ****/

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : user_mian.h
  * @brief          : V1.00
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  ******************************************************************************
  */

/* Include 包含---------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f10x.h"
#include <stdbool.h>
#include "user_gpio.h"
#include "user_delay.h"
#include "user_rcc_config.h"
#include "user_uart.h"
#include "user_adc.h"
#include "user_dac.h"


/* Typedef 类型----------------------------------------------------------------*/
/* Define  定义----------------------------------------------------------------*/
/* Macro   宏------------------------------------------------------------------*/
/* Variables 变量--------------------------------------------------------------*/
//最多一次接收200个字节
uint8_t USART_RX_BUF[200];
//接收状态
//bit15，	接收完成标志
//bit14，	接收到0x0d
//bit13~0，	接收到的有效字节数目
uint16_t USART_RX_STA=0;       //接收状态标记	 
/* Constants 常量--------------------------------------------------------------*/
/* Function  函数--------------------------------------------------------------*/


 int main(void)
 {	
	 /*DAC变量*/
	 uint16_t DAC_V = 0;
	 /*ADC装换转换变量*/
	 uint16_t adc;
	 /*电压*/
	 float Voltage;
	/*配置系统中断分组为2位抢占2位响应*/
	 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	 /*延时函数初始化*/
	 delay_init();
	/*RCC配置*/
	 Rcc_config();
	/*GPIO初始化*/ 
	 Gpio_Init();
	 /*初始化ADC1*/
	 Adc_Init();
	 /*初始化DAC1*/
	 Dac_Init();
	/*USART1初始化*/
	 Uart1_Init(9600);
	/*死循环*/ 
	 while(1){
		 
	 /*获取ADC1通道110次的平均值*/
	 adc = Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);
	 /*电压是3.3V,12位精度的十进制就是4096,采样数值每一格代表几V电压=3.3/4096*/
	Voltage = adc * (3.3/4096); 
	printf("电压值是:%.1fV\r\n",Voltage);
	Dac1_Set_Vol(DAC_V);
	/*实时变化DAC输出*/
	if(3300!=DAC_V)
	{
		DAC_V+=100;
	}else
	{
		DAC_V= 0 ;
	}
	
    delay_ms(1000);
		 	 
	 }
		

}
 
 /************************************************************** END OF FILE ****/