一、DAC簡介

DAC(Digital-to-Analog Converter)，即數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊，故名思議，它的作用就是把輸入的數(shù)字編碼，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓輸出，它的功能與 ADC 相反。在常見的數(shù)字信號系統(tǒng)中，大部分傳感器信號被化成電壓信號，而 ADC 把電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成易于計算機存儲、處理的數(shù)字編碼，由計算機處理完成后，再由 DAC 輸出電壓模擬信號，該電壓模擬信號常用來驅(qū)動某些執(zhí)行器件，使人類易于感知。如音頻信號的采集及還原就是這樣一個過程。

STM32 具有片上 DAC 外設(shè)，它的分辨率可配置為 8 位或 12 位的數(shù)字輸入信號，具有兩個 DAC 輸出通道，這兩個通道互不影響，每個通道都可以使用 DMA 功能，都具有出錯檢測能力，可外部觸發(fā)。

二、DAC通道選擇

在 STM32 中具有 2 個這樣的 DAC 部件，每個 DAC 有 1 個對應(yīng)的輸出通道連接到特定的引腳，即：PA4-通道 1，PA5-通道 2，為避免干擾，使用 DAC 功能時，DAC 通道引腳需要被配置成模擬輸入功能（AIN）。

三、新建工程

1. 打開 STM32CubeMX 軟件，點擊“新建工程”

2. 選擇 MCU 和封裝

3. 配置時鐘
RCC 設(shè)置，選擇 HSE(外部高速時鐘) 為 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷諧振器)

選擇 Clock Configuration，配置系統(tǒng)時鐘 SYSCLK 為 72MHz
修改 HCLK 的值為 72 后，輸入回車，軟件會自動修改所有配置

4. 配置調(diào)試模式
非常重要的一步，否則會造成第一次燒錄程序后續(xù)無法識別調(diào)試器
SYS 設(shè)置，選擇 Debug 為 Serial Wire

四、DAC1

4.1 參數(shù)配置

在 Analog 中選擇 DAC 設(shè)置，并選擇 OUT1 Configuration 通道1

或者在右邊圖找到 PA4 引腳，選擇 DAC_OUT1

具體配置參數(shù)如下。

OUT1/2 Configuration：
對應(yīng)兩個輸出通道。
External Trigger：
外部中斷EXTI9 觸發(fā) 就是使用外部中斷來觸發(fā)DAC。
Output Buffer：
使能DAC輸出緩存。

DAC 集成了 2 個輸出緩存，可以用來減少輸出阻抗，無需外部運放即可直接驅(qū)動外部負(fù)載。每個 DAC 通道輸出緩存可以通過設(shè)置 DAC_CR 寄存器的 BOFFx 位來使能或者關(guān)閉。如果帶載能力還不行，后面就接一個電壓跟隨器，選擇運放一定要選擇電流大的型號。
使能輸出緩沖后，DAC 輸出的最小電壓為 0.2V，最大電壓為 VREF+-0.2，而未使能輸出緩沖則輸出可達(dá)到0V。

Trigger：
選擇DAC的觸發(fā)方式
Timer 2/4/5/6/7/8 Trigger Out event 定時器觸發(fā)，利用這種方式可以輸出特定的波形。在這里我們選擇定時器2。
Software trigger 軟件觸發(fā)，在本模式下，向 DAC_SWTRIGR 寄存器寫入配置即可觸發(fā)信號進行轉(zhuǎn)換。
Wave generation mode：Disable（不使用波形發(fā)生器）。

4.2 配置DMA

點擊 DMA Settings 添加 DAC_CH1 對應(yīng) DMA2 的通道3。DMA模式選擇循環(huán)模式，方向選為內(nèi)存到外設(shè)。

Priority：
當(dāng)發(fā)生多個 DMA 通道請求時，就意味著有先后響應(yīng)處理的順序問題，這個就由仲裁器也管理。仲裁器管理 DMA 通道請求分為兩個階段。第一階段屬于軟件階段，可以在 DMA_CCRx 寄存器中設(shè)置，有 4 個等級：非常高、高、中和低四個優(yōu)先級。第二階段屬于硬件階段，如果兩個或以上的 DMA 通道請求設(shè)置的優(yōu)先級一樣，則他們優(yōu)先級取決于通道編號，編號越低優(yōu)先權(quán)越高，比如通道 0 高于通道 1。在大容量產(chǎn)品和互聯(lián)型產(chǎn)品中，DMA1 控制器擁有高于 DMA2 控制器的優(yōu)先級。
Mode：
Normal 表示單次傳輸，傳輸一次后終止傳輸。
Circular 表示循環(huán)傳輸，傳輸完成后又重新開始繼續(xù)傳輸，不斷循環(huán)永不停止。
Increment Address：
Peripheral 表示外設(shè)地址自增。
Memory 表示內(nèi)存地址自增。
Data Width：
Byte 一個字節(jié)。
Half Word 半個字，等于兩字節(jié)。
Word 一個字，等于四字節(jié)。

五、TIM2通用定時器

5.1 參數(shù)配置

在 Timers 中選擇 TIM2 設(shè)置，時鐘源 Clock Source 選擇內(nèi)部時鐘 Internal Clock

在 Parameter Settings 進行具體參數(shù)配置。

Prescaler（時鐘預(yù)分頻數(shù)）：0 則驅(qū)動計數(shù)器的時鐘 CK_CNT = CK_INT(即72MHz)/(0+1) = 72MHz 即不分頻
Counter Mode（計數(shù)模式）：Up（向上計數(shù)模式）
Counter Period（自動重裝載值）：20-1
auto-reload-preload（自動重裝載）：Disable（不使能）
TRGO Parameters（觸發(fā)輸出）：Update Event（更新事件） 在定時器的定時時間到達(dá)的時候輸出一個信號(如：定時器更新產(chǎn)生TRGO信號來觸發(fā)ADC的同步轉(zhuǎn)換)

5.2 生成代碼

輸入項目名和項目路徑

選擇應(yīng)用的 IDE 開發(fā)環(huán)境 MDK-ARM V5

每個外設(shè)生成獨立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代碼都生成在 main.c
勾選：初始化代碼生成在對應(yīng)的外設(shè)文件。如 GPIO 初始化代碼生成在 gpio.c 中。

點擊 GENERATE CODE 生成代碼

六、庫函數(shù)

/* IO operation functions *****************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);     //開啟DAC輸出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);   //關(guān)閉DAC輸出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t* pData, uint32_t Length, uint32_t Alignment); //需要函數(shù)中不斷開啟   //開啟DAC的DMA輸出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop_DMA(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel); //關(guān)閉DAC的DMA輸出
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t Alignment, uint32_t Data);  //設(shè)置DAC輸出值
uint32_t HAL_DAC_GetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);  //獲取DAC輸出值

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

七、生成正弦波數(shù)據(jù)表

要輸出正弦波，實質(zhì)是要控制 DAC 以 v=sin(t)的正弦函數(shù)關(guān)系輸出電壓，其中 v 為電壓輸出，t 為時間。而由于模擬信號連續(xù)而數(shù)字信號是離散的，所以使用 DAC 產(chǎn)生正弦波時，只能按一定時間間隔輸出正弦曲線上的點，在該時間段內(nèi)輸出相同的電壓值，若縮短時間間隔，提高單個周期內(nèi)的輸出點數(shù)，可以得到逼近連續(xù)正弦波的圖形，見下圖 37-3，若在外部電路加上適當(dāng)?shù)碾娙轂V波，可得到更完美的圖形。

由于正弦曲線是周期函數(shù)，所以只需要得到單個周期內(nèi)的數(shù)據(jù)后按周期重復(fù)即可，而單個周期內(nèi)取樣輸出的點數(shù)又是有限的，所以為了得到呈 v=sin(t)函數(shù)關(guān)系電壓值的數(shù)據(jù)通常不會實時計算獲取，而是預(yù)先計算好函數(shù)單個周期內(nèi)的電壓數(shù)據(jù)表，并且轉(zhuǎn)化成以 DAC 寄存器表示的值。如 sin 函數(shù)值的范圍為[-1: +1]，而 STM32 的 DAC 輸出電壓范圍為[0~3.3]V，按 12 位 DAC 分辨率表示的方法，可寫入寄存器的最大值為 212 = 4096，即范圍為[0:4096]。所以，實際輸出時，會進行如下處理：

抬升 sin 函數(shù)的輸出為正值：v = sin(t)+1 ，此時，v 的輸出范圍為[0:2]；

擴展輸出至 DAC 的全電壓范圍: v = 3.3*(sin(t)+1)/2 ，此時，v 的輸出范圍為[0:3.3]，正是 DAC 的電壓輸出范圍，擴展至全電壓范圍可以充分利用 DAC 的分辨率；

把電壓值以 DAC 寄存器的形式表示：Reg_val = 212/3.3 * v = 211*(sin(t)+1)，此時，存儲到 DAC 寄存器的值范圍為[0:4096]；

實踐證明，在 sin(t)的單個周期內(nèi)，取 32 個點進行電壓輸出已經(jīng)能較好地還原正弦波形，所以在 t∈[0:2π]區(qū)間內(nèi)等間距根據(jù)上述 Reg_val 公式運算得到 32 個寄存器值，即可得到正弦波表；

控制 DAC 輸出時，每隔一段相同的時間從上述正弦波表中取出一個新數(shù)據(jù)進行輸出，即可輸出正弦波。改變間隔時間的單位長度，可以改變正弦波曲線的周期。

生成的正弦波數(shù)據(jù)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函數(shù)

添加正弦波數(shù)據(jù)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() 函數(shù)，啟動定時器。
添加 HAL_DAC_Start_DMA()函數(shù)，啟動 DAC 的 DMA 輸出。

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、實驗現(xiàn)象

112500 Hz 即 112.5KHz

十、注意事項

用戶代碼要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之間，否則下次使用 STM32CubeMX 重新生成代碼后，會被刪除。

? 由 Leung 寫于 2021 年 3 月 17 日

? 參考：STM32CubeMX系列教程8:數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)
　　　　《嵌入式-STM32開發(fā)指南》第二部分基礎(chǔ)篇 - 第8章模擬輸入輸出-DAC（HAL庫）
　　　　STM32 CubeMX生成DAC＋DMA＋TIM生成正弦波

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STM32CubeMX學(xué)習(xí)筆記（20）——DAC接口使用（輸出正弦波）

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一、DAC簡介

二、DAC通道選擇

三、新建工程

四、DAC1

4.1 參數(shù)配置

4.2 配置DMA

五、TIM2通用定時器

5.1 參數(shù)配置

5.2 生成代碼

六、庫函數(shù)

七、生成正弦波數(shù)據(jù)表

八、修改main函數(shù)

九、實驗現(xiàn)象

十、注意事項

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