STM32单片机应用与全案例实践（第2版）课件 第10章 DAC及其应用

STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用1学习目标STM32有12位的DAC外设模块STM32的DACDAC配置DAC应用实例难点——DAC的基本应用重点——DAC的特性与初始化设置STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用2STM32的DAC及其基本应用STM32的DAC概述1STM32的数字/模拟转换模块DAC是12位数字输入、电压输出的数字/模拟转换器DAC可以配置成8位或者12位模式DAC工作在12位模式时，数据可以设置成左对齐，也可以设置成右对齐可以与DMA控制器配合使用DAC有2个输出通道，每个通道都有单独的转换器————在双DAC模式。在此模式下，可以同步地更新2个通道的输出，这2个通道的转换可以同时进行——独立工作DAC可以通过管脚输入参考电压VREF+以获得更精确的转换结果数字输入经过DAC转换成模拟电压输出，其范围为0到VREF+任一DAC通道管脚上的输出电压与DOR数字量输入之间的关系————DAC输出电压=VREF×DOR/4095一旦使能DAC通道，相应的GPIO管脚（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，管脚PA4或者PA5在之前应当设置成模拟输入（AIN）。Caution!STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用3STM32的DAC及其基本应用DAC主要特征2——2个DAC转换器1个输出通道对应1个转换器——8位或者12位单调输出——12位模式下数据左对齐或者右对齐，8位数据右对齐——噪声波形生成、三角波形生成——双DAC通道同时或者分别转换，有同步更新功能——每个通道都有DMA功能——外部触发转换——可外接参考电压VREF+范围为：2.4V≤VREF+≤VDDA（3.3V）STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用4STM32的DAC及其基本应用DAC配置的基本过程3以通道1为例，其基本过程如下。（1）开启PA口时钟，设置PA4为模拟输入。STM32F1的DAC1通道在PA4上，所以要先使能PORTA的时钟，然后设置PA4为模拟输入。DAC本身是输出，但是为什么端口模式要设置为模拟输入呢？因为一旦使能DACx通道之后，相应的GPIO引脚（PA4或PA5）将自动与DAC的模拟输出相连，设置为输入，是为了避免额外的干扰。（2）使能DAC1时钟。同其他外设一样，使用前必须开启相应的时钟。STM32F1的DAC模块的时钟是由APB1提供的，所以要使能DAC模块的时钟。（3）初始化DAC，设置DAC的工作模式。该部分设置全部通过寄存器DAC_CR设置实现，包括：DAC1通道使能、DAC1通道输出缓存关闭、不使用触发、不使用波形发生器等设置。（4）使能DAC转换通道。初始化DAC之后，要使能DAC转换通道。（5）设置DAC的输出值。完成前面4个步骤的设置，DAC就可以开始工作了。当使用12位右对齐数据格式时，就可以在DAC输出引脚（PA4）上得到不同的电压值。（6）部分应用也可能要读取DAC的数值。STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用5DAC的配置设备配置解析11．使能DACSTM32F1有两路DAC。DAC的配置界面如图10.2所示。单击DAC，可以看到STM32F103ZET6可使用的DAC通道。如图10.3所示，当选择所需DAC通道后，下方Configuration区域会显示配置信息，右侧芯片会显示所占用引脚，用初始命名格式DAC_OUTx对引脚进行命名。将DAC_CR寄存器中ENx位置位，以启动DAC。DAC启动后，便开始正常工作。ExternalTrigger用于外部触发DAC，勾选该复选框后，右侧芯片引脚PF9高亮显示，并以“DAC_EXTI9”命名。STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用6DAC的配置设备配置解析22．DAC参数配置DAC参数配置包含两部分：输出缓存器设置与触发方式设置。STM32F1系列单片机的DAC集成了两个输出缓存器，可用于降低输出阻抗，并直接驱动外部负载，而无须添加外部运算放大器。每个DAC通道输出缓存区可以使用DAC_CR寄存器中相应的BOFFx位来启用和禁用。一般将输出缓存器状态配置为使能。但是输出电压不能低于20mV，若需要设计低电压输出，则可以不使能输出缓存器。如图10.4所示，DAC的Configuration区域的ParameterSettings选项卡中显示了DAC两路输出的配置。默认使能DAC输出缓存器。DAC的触发方式可以通过Trigger下拉列表来选择，有定时器触发、软件触发和外部触发三种，用户可以根据自身需求进行配置。注意，触发方式中None（无触发）和Softwaretrigger（软件触发）是有区别的：None表示只在向DAC数据存储器DHR写入数据之后，DAC自动转换一次；Softwaretrigger表示向软件触发寄存器SWTRIGR中写入命令时触发转换（将DOR寄存器中的数据进行转换），但是在这之前需要将数据写入DAC数据存储器DHR。STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用7DAC的配置设备配置解析33．DMA请求两个DAC通道都具有DMA能力。当DMAENx位置位时，外部触发器（不是软件触发器）触发将引发DAC的DMA请求。然后，将DAC_DHRx寄存器的值传输到DAC_DORx寄存器。DMA请求在Configuration区域的DMASettings选项卡中设置。DAC的DMA参数配置与ADC等其他模块的DMA的参数配置相同，如图10.5所示。STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用8DAC的配置接口函数1HAL库中DAC的接口函数定义在stm32f1xx_hal_dac.c源文件中，DAC库函数声明与相关的结构体定义在stm32f1xx_hal_dac.h头文件中。本节对用户可用的接口函数进行解析。1．初始化及复位函数函数原型：HAL_DAC_Init(DAC_HandleTypeDef*hdac)应用范例：if(HAL_DAC_Init(&hdac)!=HAL_OK)Error_Handler();STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用9DAC的配置接口函数2HAL库中DAC的接口函数定义在stm32f1xx_hal_dac.c源文件中，DAC库函数声明与相关的结构体定义在stm32f1xx_hal_dac.h头文件中。本节对用户可用的接口函数进行解析。2．复位函数（将DAC外围寄存器恢复到其默认值或初始状态）函数原型：HAL_DAC_DeInit(ADC_HandleTypeDef*hdac)应用范例：HAL_DAC_DeInit(&hdac);STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用10DAC的配置接口函数3HAL库中DAC的接口函数定义在stm32f1xx_hal_dac.c源文件中，DAC库函数声明与相关的结构体定义在stm32f1xx_hal_dac.h头文件中。本节对用户可用的接口函数进行解析。3．DAC轮询方式启停（1）启动DAC的通道转换。函数原型：HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef*hdac,uint32_tChannel)应用范例：HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1)//启用DAC输出通道1（2）DAC的通道输出固定数据。输出正弦等波形数据时，需要放在循环中。Data的范围是0～4095。函数原型：HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef*hdac,uint32_tChannel,uint32_tAlignment,uint32_tData)应用范例：HAL_DAC_SetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,4095);//DAC1输出3.3V。（3）暂停DAC的通道转换。函数原型：HAL_DAC_Stop(DAC_HandleTypeDef*hdac,uint32_tChannel)应用范例：HAL_DAC_Stop(&hdac,DAC_CHANNEL_1);//停止DAC输出通道1STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用11DAC的配置接口函数4HAL库中DAC的接口函数定义在stm32f1xx_hal_dac.c源文件中，DAC库函数声明与相关的结构体定义在stm32f1xx_hal_dac.h头文件中。本节对用户可用的接口函数进行解析。4．DAC-DMA方式启停（1）以DMA方式启动DAC的通道。输出转换长度为Length、存放在地址pData中的数据波形。Alignment用于设定输出分辨率与对齐方式，一般采用12位右对齐。函数原型：HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef*hdac,uint32_tChannel,constuint32_t*pData,uint32_tLength,uint32_tAlignment)应用范例：HAL_DAC_Start_DMA(&hdac,DAC_CHANNEL_1,pData,128,DAC_ALIGN_12B_R);//以DMA方式启动DAC1，输出128个数据，存放在首地址为pData的区域。分辨率为12位，右对齐（2）关闭DAC的指定通道的DMA。函数原型：HAL_DAC_Stop_DMA(DAC_HandleTypeDef*hdac,uint32_tChannel)应用范例：HAL_DAC_Stop_DMA(&hdac,DAC_CHANNEL_1);STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用12DAC的配置接口函数5HAL库中DAC的接口函数定义在stm32f1xx_hal_dac.c源文件中，DAC库函数声明与相关的结构体定义在stm32f1xx_hal_dac.h头文件中。本节对用户可用的接口函数进行解析。5．状态获取（1）读取DAC通道当前输出的数据值。函数原型：HAL_DAC_GetValue(constDAC_HandleTypeDef*hdac,uint32_tChannel)应用范例：HAL_DAC_GetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1);（2）读取DAC当前状态。函数原型：HAL_DAC_GetState(constDAC_HandleTypeDef*hdac)应用范例：HAL_DAC_GetState(&hdac);STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用13STM32的DAC应用实例DAC输出正弦波11．功能描述正弦波具有周期性和简谐振动的特点，在各领域都有广泛应用，如电力系统、音频系统。正弦波振幅在时间轴上按照正弦函数变化。振幅变化可以用如下公式描述：

式中，A为振幅；ω为圆频率；t为时间；φ为初始相位。为使DAC输出光滑、连续的正弦波，需要大量采样点。可以通过MATLAB对正弦波进行采样，采样代码如下。该代码的运行结果是1个周期的正弦波，采样点数是32个。用户可以根据需要，自行调整正弦波相关参数。N=32;% 采样点数n=0:N-1;t=n/N;y=int16(2047.5*sin(2*pi*t)+2047.5);STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用14STM32的DAC应用实例DAC输出正弦波22．软件设计具体操作步骤如下。（1）新建STM32CubeIDE工程，选择MCU。（2）DAC功能参数设置。第一步：配置RCC。第二步：配置DAC。第三步：配置系统时钟和ADC时钟。（3）生成工程代码。单击“保存”按钮，IDE弹出是否生成代码文件的提示，选择生成即可。（4）编写应用程序。STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用15STM32的DAC应用实例DAC输出三角波11．功能描述三角波是一种周期信号，其波形类似于等腰直角三角形，在电子学和通信领域中非常常见，在音频合成、图像处理和测试设备中都有广泛应用。在音频合成中，可以将一系列三角波叠加来模拟复杂的声音波形。在图像处理中，可以使用三角波来产生灰度条纹，以检查扫描仪或打印机的性能。在测试仪器中，可以使用三角波来测试信道带宽、进行光谱分析和时序测量等。三角波可以由不同方式产生，如RC电路、IC和计算机软件等。在本实例中，将使用STM32的DAC自带的波形发生器生成三角波。在对应寄存器中，需要将WAVEx[1:0]位设置为“10”，选择DAC生成三角波；通过DAC_CR寄存器中的MAMPx[3:0]位配置三角波振幅。在每个触发器事件之后，内部的三角波计数器等待3个APB1时钟周期后累加1。计数器的值与DAC_DHRx寄存器的数值相加并丢弃溢出位后写入DAC_DORx寄存器。在传入DAC_DORx寄存器的数值小于MAMP[3:0]位定义的最大振幅时，三角波计数器逐步累加。一旦达到设置的最大幅度，计数器的值就开始递减，达到0后再开始累加，周而复始。STM32单片机应用与全案例实践——DAC及其应用16STM32的DAC应用实例DAC输出三角波22．软件设计具体操作步骤如下。（1）新建STM32CubeIDE工程，选择MCU。（2）DAC功能参数设置。第一步：