STM32CubeMX系列 | DAC数模转换

1. DAC简介

DAC（digital to analog converter）即数模转换器，它可以将数字信号转换为模拟信号，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转化成电压信号，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输出电压模拟信号来驱动某些执行器件，使人类易于感知。如音频信号的采集和还原就是这样的一个过程 STM32F1的DAC模块是12位数字输入，电压输出型的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位模式下时，数据可以设置为左对齐或右对齐。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模式下，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。DAC结构框图如下示：

• VDDA 和 VSSA 是DAC模块的供电引脚， VREF+ 是DAC模块的参考电压，DAC_OUTx是DAC的输出通道；当参考电压为 VREF+ 时，DAC的输出电压是线性的（0~ VREF+ ），12位模式下DAC输出电压计算公式如下：
  DACx 输出电压 = VREF+ * ( DORx / 4095 )
  

• DAC输出是受DORx 寄存器直接控制的，但是不能直接往DORx 寄存器写入数据，而是要通过DHRx间接的传给DORx 寄存器，实现对DAC输出的控制。如果未选择硬件触发，1个APB1时钟周期后，DHRx中存储的数据将自动转移到DORx 寄存器；如果选择硬件触发，将在3个APB1时钟周期后进行转移
  

• 当DORx加载了DHRx内容时，模拟输出电压将在一端时间 tSETTING 后可用，具体取决于电源电压和模拟输出负载，可以从数据手册查到 tSETTING 的典型值为3us，最大值为4us，因此DAC的转换速度最快是250K左右

• DAC可通过外部事件（定时器、外部中断线）触发转换，外部触发源列表如下示

2. 硬件设计

本实验通过D1指示灯来提示系统运行状态，K_UP用来增加DAC输入值，K_DOWN用来减少DAC输入值，输入值的改变将控制DAC_OUT1的电压输出，通过USART1将输出的电压值打印出来

• D1指示灯

• DAC_OUT1（PA4）

• USART1串口

• K_UP和K_DOWN按键

3. 软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

• RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

• PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

• USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

• PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE3设置为GPIO输入模式、上拉模式

• 激活DAC_OUT1，关闭输出缓冲，不使用触发功能

• 输入工程名，选择工程路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM编程

• 在dac.c文件中可以看到DAC初始化相关函数

void MX_DAC_Init(void){

  DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  /** DAC Initialization */

  hdac.Instance = DAC;

  if (HAL_DAC_Init(&hdac) != HAL_OK){

    Error_Handler();

  }

  /** DAC channel OUT1 config */

  sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;   //不使用触发功能

  sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;  //输出缓冲关闭

  if (HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1) != HAL_OK){

    Error_Handler();

  }

}

void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef* dacHandle){

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  if(dacHandle->Instance==DAC)  {

  /* DAC clock enable */

  __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();   //使能DAC时钟

  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); 

  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;

  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;  //模拟

  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  }

}

创建按键驱动文件key.c 和相关头文件key.h

uint8_t KEY_Scan(uint8_t mode){

    static uint8_t key = 1;     

    if(mode == 1){                      

        key = 1;

    }

    if(key&&(KEY_UP==1||KEY_DOWN==0||KEY_LEFT==0||KEY_RIGHT==0)){

        HAL_Delay(10);                  

        key = 0;

        if(KEY_UP==1)               return KEY_UP_PRES;

        else if(KEY_DOWN==0)        return KEY_DOWN_PRES; 

        else if(KEY_LEFT==0)        return KEY_LEFT_PRES; 

        else if(KEY_RIGHT==0)       return KEY_RIGHT_PRES; 

    }

    else if(KEY_UP==0&&KEY_DOWN==1&&KEY_LEFT==1&&KEY_RIGHT==1){

        key = 1;

    }   

    return 0;

}

在main.c文件下编写DAC测试代码

int main(void){

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  uint16_t dac_val;     //读取的DAC值

  float dac_vol;        //转换后的电压值

  uint8_t t = 0;

  uint16_t dac_setval = 0;  //DAC设置值

  uint8_t key;

  /* USER CODE END 1 */

  HAL_Init();

  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();

  MX_DAC_Init();

  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);   //开启DAC通道1

  HAL_DAC_SetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,0);  //设置初始值为0

  /* USER CODE END 2 */

  while (1){

    t++;

        key = KEY_Scan(0);

        if(key == KEY_UP_PRES){

            if(dac_setval < 4000)

                dac_setval += 200;

            HAL_DAC_SetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,dac_setval);

        }

        else if(key == KEY_DOWN_PRES){

            if(dac_setval > 200)

                dac_setval -= 200;

            else

                dac_setval = 0;

            HAL_DAC_SetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,dac_setval);

        }

        if(t == 10 || key == KEY_UP_PRES || key == KEY_DOWN_PRES){  //按键按下了或定时时间到

            dac_val = HAL_DAC_GetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1);

            printf('DAC_OUT1 DAC value: %drn',dac_val);

            dac_vol = dac_val * (3.3/4096);

            printf('DAC_OUT1 VOL value: %.2fVrn',dac_vol);

            printf('rn');

            t = 0;

        }

        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);

        HAL_Delay(100);

  }

}

4. 下载验证

编译无误后下载到开发板，可用看到D1指示灯不断闪烁，同时打印出DAC通道1的DAC值和电压值，当按下K_UP按键输出电压增大，按下K_DOWN按键输出电压减小