DAC简介

DAC 为数字/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。

DAC 功能框图剖析

整个 DAC 模块围绕框图下方的“数字至模拟转换器 x”展开。

  • 左边引脚：VDDA、VSSA 及 Vref+，其中 STM32 的 DAC 规定了它的参考电压:math:V_{ref +} 输入范围为 2.4~3.3V。
  • “数字至模拟转换器 x”：为 DAC 的数据寄存器“DORx”的数字编码，经过它转换得的模拟信号由图中右侧的“DAC_OUTx”输出
  • 数据寄存器“DORx”：又受“控制逻辑”支配，它可以控制数据寄存器加入一些伪噪声信号或配置产生三角波信号。
  • 左上角为 DAC 的触发源：为外部中断源触发、定时器触发或软件控制触发。

参考电压

与 ADC 外设类似，DAC 也使用 VREF+ 引脚作为参考电压，在设计原理图的时候一般把 VSSA 接地，把 VREF+ 和 VDDA 接 3.3V，可得到 DAC 的输出电压范围为：0~3.3V。

如果想让输出的电压范围变宽，可以在外部加一个电压调理电路，把 0~3.3V 的 DAC 输出抬升到特定的范围即可。

数模转换及输出通道

框图中的“数字至模拟转换器 x”是核心部件，整个 DAC 外设都围绕它而展开。它以左边的 VREF+作为参考电源，以 DAC 的数据寄存器“DORx”的数字编码作为输入，经过它转换得的模拟信号由右侧的“DAC_OUTx”通道输出。

其中各个部件中的“x”是指设备的标号，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）。

DAC初始化结构体详解

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typedef struct {
    /*DAC 触发方式 */
    uint32_t DAC_Trigger;
    /* 是否自动输出噪声或三角波 */
    uint32_t DAC_WaveGeneration;
    /* 选择噪声生成器的低通滤波或三角波的幅值(若上面输出噪声或者三角波没有用到，则这项也配置没有用到) */
    uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude;
    /* 选择是否使能输出缓冲器 */
    uint32_t DAC_OutputBuffer;
 } DAC_InitTypeDef;

DAC输出❤实验

硬件设计

STM32 的 DAC 外设有固定的输出通道，分别为PA4 和 PA5，不过，指南者开发板已经在板载SPI-FLASH 芯片中使用了这两个引脚，所以用作 DAC 通道输出电压时会受到干扰，影响实验。

PA5 引脚连接到 FLASH 芯片的 CLK 引脚中，这可能会干扰 DAC 实验输出的电压信号，导致得不到正确的波形。最好是用于输出DAC的输出线是干净的，没有其他干扰的。

编程要点

  1. 计算获取爱心数据表；
  2. 根据爱心数据表的周期内点数和周期计算定时器触发间隔；
  3. 初始化 DAC 输出通道，初始化 DAC 工作模式；
  4. 配置触发 DAC 用的定时器；
  5. 配置 DMA 自动转运爱心数据表。
  6. 配置完成后，即可在 PA4、PA5 引脚中检测到信号输出。

代码分析

生成爱心数据表

而由于模拟信号连续而数字信号是离散的，所以使用 DAC 爱心时，只能按一定时间间隔输出曲线上的点，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，可以得到逼近连续爱心波的图形，见图DAC按点输出爱心波数据 ，若在外部电路加上适当的电容滤波，可得到更完美的图形。

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clear;          %清空工作区变量
clc;            %清空命令窗口
 
%%画心
x = -2:1/50:2;      
y = abs(x.^(2/3))+(0.99*(pi-x.^2).^(1/2)).*sin(13.14520*pi*x);  
 
%%线性比例放大
Calculation = (y+1.7)* 952.3810;
OutData = int16(Calculation);           
csvwrite('CH1.c',OutData);              %输出这个数组
 
%%测试验证
plot(x,OutData,'r');

值得注意的是，只需要将范围跳到0~4096即可

DAC配置

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static void DAC_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;
	/* 使能 GPIOA 时钟 */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	/* 使能 DAC 时钟 */
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
	/* DAC 的 GPIO 配置，模拟输入 */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	/* 配置 DAC 通道 1 */
	//使用 TIM2 作为触发源
	DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_T2_TRGO;
	//不使用波形发生器
	DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
	//不使用 DAC 输出缓冲
	DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;
	DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
    
	/* 使能通道 1 由 PA4 输出 */
	DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
}

定时器2配置

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static void DAC_TIM_Config(void)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
	/* 使能 TIM2 时钟，TIM2CLK 为 72M */
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	/* TIM2 基本定时器配置 */
	//定时周期 1ms
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1);
	//预分频，不分频 72M / (0+1) = 72M
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (72-1);
	//时钟分频系数
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;
	//向上计数模式
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

	/* 配置 TIM2 触发源 */
	TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update);
	/* 使能 TIM2 */
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

DMA配置

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static void DAC_DMA_Config(void)
{
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	/* 使能 DMA2 时钟 */
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);
	/* 配置 DMA2 */
	//外设数据地址
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = DAC_DHR12RD_ADDRESS;//也就是外设DAC_DHR12RD地址:0x40007420
	//内存数据地址 DualSine12bit
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&DAC_Sin ;
	//数据传输方向内存至外设
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
	//缓存大小为 POINT_NUM 字节
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = POINT_NUM;
	//外设数据地址固定
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
	//内存数据地址自增
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
	//外设数据以字为单位
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;
	//内存数据以字为单位
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Word;
	//循环模式
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
	//高 DMA 通道优先级
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
	//非内存至内存模式
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

	DMA_Init(DMA2_Channel4, &DMA_InitStructure);

	/* 使能 DMA2-14 通道 */
	DMA_Cmd(DMA2_Channel4, ENABLE);
    
    DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
}

DAC初始化

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void User_DAC_Init(void)
{
	uint16_t i;
	DAC_Config();
	DAC_TIM_Config();
	DAC_DMA_Config();
	
	for(i=0; i<256; i++)
	{
		DAC_Sin[i] = CH_1[i];
	}
}

这里有两个数组，DAC_Sin是用于DMA输出的，CH_1就是用来存放我们要输出的波形的数组的

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uint32_t DAC_Sin[128];
uint16_t CH_1[] = {
    3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,2873,
	2606,2556,2826,3267,3567,3475,2995,2409,
	2107,2316,2930,3557,3766,3382,2618,1955,
	1833,2352,3191,3800,3761,3066,2140,1578,
	1752,2565,3496,3929,3560,2600,1655,1334,
	1853,2885,3759,3894,3179,2055,1239,1258,
	2106,3237,3912,3676,2660,1506,950,1354,
	2458,3545,3902,3279,2060,1021,826,1601,
	2843,3742,3704,2735,1446,657,873,1950,
	3187,3773,3316,2094,881,450,1072,2336,
	3418,3605,2761,1414,419,405,1369,2677,
	3469,3217,2065,736,65,461,1619,2918,
	396,2794,1526,431,232,1075,2430,3440,
	3471,2518,1213,409,635,1755,3058,3716,
	3321,2143,956,533,1153,2423,3533,3781,
	3024,1766,829,821,1751,3022,3827,3661,
	2651,1461,867,1251,2366,3498,3929,3401,
	2273,1285,1076,1777,2934,3808,3853,3062,
	1964,1274,1434,2333,3390,3934,3637,2717,
	1781,1436,1894,2848,3684,3883,3343,2441,
	1769,1753,2386,3247,3789,3689,3049,2307,
	1946,2177,2826,3462,3693,3413,2849,2390,
	2320,2642,3104,3395,3366,3121,2926,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
	3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
    3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,
    3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089,3089
};

最终输出成果

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