STM32数模转换器的说明

使用STM32 micros的 模拟数字转换器（ADC） 后，接下来要处理的明显内部硬件模块是 数字到模拟转换器（DAC） 。顾名思义，该模块仅具有ADC的补充功能。它将数字二进制值转换为模拟电压输出。 DAC模块具有多种用途，包括音频生成，波形生成等。通常在大多数8位微控制器中，该模块不可用，并且 脉冲宽度调制（PWM）可以稍微满足其需求。 》 块。部分原因是由于它们的硬件资源和运行速度相对较低。所有STM32单片机都具有PWM模块，但大容量STM32也具有DAC模块。 STM32 DAC模块不是很复杂，并且在工作原理方面与ADC模块相似。下面的简化框图显示了STM32 DAC模块的主要组件。

再次请注意低密度STM32微处理器没有任何内置DAC。对于这个问题，我使用了Waveshare的带有STM32F103ZET6 micro的Port103Z（http://www.wvshare.com/product/Port103Z.htm）开发板。该STM32 micro具有两个带独立转换器的DAC通道，并包含大量其他硬件资源。像这样的大多数高端微控制器至少带有两个DAC通道。立体声音频生成需要两个DAC通道-一个非常常见的基于DAC的应用程序。开发板经过精心设计，可将DAC输出连接至LED，以直接可视化DAC输出。

STM32 DAC模块的主要功能

STM32 micros的DAC模块既可以与8-位或12位分辨率。后者的精度更高，而前者的性能要比后者更高。

每个通道都有自己的转换器，并且不依赖于其他转换器。在STM32F103ZET6中，有两个带有两个独立转换器的DAC通道输出。

与其他微控制器的DAC不同，STM32微控制器的DAC具有两个附加功能，它们是伪随机的噪声和三角波形生成功能。这些功能有助于信号处理和定制信号生成。

为进一步提高精度并进一步控制输出电压，DAC模块可与基准电压源相连，通常在2.4V之间到3.3V DC。

可以使用左右两端的合理输入。

DA转换可以触发事件。此功能有很多应用。

就像其他任何硬件一样，DAC也具有DMA功能。

DAC模块集成了可用于降低输出阻抗并直接驱动外部负载的输出缓冲器，而无需添加外部运算放大器。缓冲可确保原始信号不会因负载效应而衰减或失真。

可能具有独立或双重操作模式。

功能描述

STM32 micros的DAC可以通过多种方式进行操作。如前所述，我们可以在独立和双重模式下使用它。除此之外，我们还可以通过外部事件触发这些DAC。如果不使用触发选项，则在一个时钟周期后更新DAC输出。如果使用任何触发选项，则在3 – 4个时钟周期后更新输出。 DAC模块的输出可以独立或同时更新。 DAC的最大分辨率为12位。 DAC输出的电压公式如下：

其中n是位数。

除非使用触发功能，否则操作DAC非常简单。我们将必须打开所需的输出通道并仅写入数字数据值。但是，如果相反，则会出现很多可能性。 STM32F10x参考手册在双模式操作部分中陈述了所有这些可能性。尽管我不会详细介绍所有这些操作，但是这些操作很简单。

输出可以在内部进行缓冲，从而无需外部运算放大器缓冲器，从而减少了外部组件数量和成本。成本。我强烈建议使用内部缓冲器，以确保并保持精度，同时避免输出负载问题。

STM32 DAC模块随附的另外两个玩具是白噪声和三角形波形发生器。首先，这些功能可能会让您感到惊讶，甚至可能使您觉得它们是不必要的。但是，当我们需要为各种应用（包括音乐，音调等）生成任意波形或在信号中注入噪声以进行调试时，这些东西会派上用场。从字面上看，我们可以模拟现实生活中嘈杂的电子电路环境。三角波形发生器可用于将可变幅度三角波形分量添加到给定信号。此处有更多详细信息：http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/CD00259245.pdf。

在STM32F103ZET6中，DAC输出1和2引脚位于GPIOA PA4 和 PA5 。尽管这些引脚在与DAC模块一起使用时用作输出，但ST建议将它们设置为模拟输入，以避免寄生消耗–这是要考虑的重要点。

寄存器

在STM32 micros中，我们只需要处理三个寄存器-一个用于配置，一个用于选择软件触发，另一个用于设置DAC输出。 。我们没有其他寄存器要处理。

DAC控制寄存器（DAC_CR） 是我们唯一需要的寄存器配置DAC。配置该寄存器使我们能够启用/禁用DAC通道，设置输出类型，启用DMA支持以及执行其他操作。 STM32 micro的两个DAC都单独使用此寄存器进行配置。

下一组寄存器是数据寄存器。在这些地方，我们将编写数字数据，这些数据最终将转换为缩放的模拟输出。 DAC数据寄存器可以接受三种整数格式的数据-8位，12位右对齐和12位左对齐。这些都有专用的寄存器。检出 DAC数据保存寄存器（DAC_DHRx） 。对于双模式DAC检出 DAC_DHRD 寄存器。然后，将 DAC_DHRx 寄存器中的数据加载一个或几个周期后，取决于是否使用任何触发器，将其加载到 DAC_DORx 寄存器中或不。 DAC_DORx 寄存器不能直接写入。

最后有一个寄存器称为 DAC软件触发寄存器（DAC_SWTRIGR） ，用于设置软件触发。

就像以前一样，我们不再需要我已经将我的SPL版本与代码示例集成在一起，因此可以处理寄存器。我仍然建议读者对它们有所了解。

硬件连接

下图概述了我们将在代码示例中使用的GPIO引脚。

代码示例

请注意，在STM32 micro的其他内部模块上，我们需要先启用DAC模块的外设时钟，然后通过设置正确的寄存器来配置所需的操作，最后启用所需的硬件。这是我们应始终保持的顺序。在设置DAC本身之前，应按照建议启用和配置所需的GPIO端口引脚。检查一下我在所有示例中使用的时钟配置。

DAC Basic Demo

这是STM32 DAC的最原始演示。不使用触发。 DAC引脚输出参考偏移的正弦和余弦波形。由于在我的示例中DAC的参考源与电源（VDD）的参考源相同-3.3V，因此输出移位1.65V，以覆盖整个正弦变化。 MikroC的C Math库用于三角函数。与DAC输出引脚相连的LED逐渐淡入并发光，表明它们两端的电压变化平稳。

#include “DAC.h” #include “GPIO.h” #define radian_per_degree 0.0174532925 void setup（）; void GPIO_setup（）; void DAC_setup（）; void main（） { signed int temp1 = 0; signed int temp2 = 0; unsigned int degree = 0; setup（）; while（1） { for（degree = 0; degree 《 360; degree++） { temp1 = （2047 * cos（radian_per_degree * degree））; temp1 = （2048 - temp1）; DAC_DHR12R1 = （（unsigned int）temp1）; temp2 = （2047 * sin（radian_per_degree * degree））; temp2 = （2048 - temp2）; DAC_DHR12R2 = （（unsigned int）temp2）; delay_ms（6）; } }; } void setup（） { GPIO_setup（）; DAC_setup（）; } void GPIO_setup（） { enable_GPIOA（true）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 4， analog_input）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 5， analog_input）; } void DAC_setup（） { enable_DAC（true）; DAC_reset（）; set_DAC1_buffer（enable）; set_DAC2_buffer（enable）; enable_DAC1_channel（true）; enable_DAC2_channel（true）; }

视频链接：https://www.youtube.com/watch？v=JW6e-oHBCPQ。

三角波形生成

STM32 DAC模块的一个很酷的独特功能就是它能够生成对称的三角波形。该波形可以叠加在其他慢速波形或稳定的DC信号上。不需要任何波表或方程来生成三角波。内部计数器负责生成波形。我们可以根据需要设置三角波的幅度或峰值。为了使用三角波形，我们需要在 DAC_CR 寄存器中设置波形类型和触发选项。三角波的频率取决于两个因素：波幅和触发频率。在软件触发的情况下，我们需要考虑代码内部的延迟。这些延迟包括延迟函数调用，代码执行时间和其他因素。到目前为止，我注意到以下公式似乎给出了输出波形的大致时间段：

2 是由于DAC计数从最小或0开始到最大幅度计数，然后以与上升相同的方式达到最小计数这一事实。因此，根据上面的公式，我们可以推断出三角形波形的频率。

例如，让我们考虑一种情况，其中我们将使用软件触发作为这样每60µs触发一次，最大DAC计数幅度为2047。在这种情况下，三角波的时间段为

#include “DAC.h” #include “GPIO.h” void setup（）; void DAC_setup（）; void GPIO_setup（）; void main（） { bit time; unsigned long peak = Triangle_Amplitude_equal_to_4095; setup（）; while（1） { set_DAC1_software_trigger（enable）; set_DAC2_software_trigger（enable）; if（get_input（GPIOF_IDR， 14） == 0） { while（get_input（GPIOF_IDR， 14） == 0）; peak++; if（peak 》 Triangle_Amplitude_equal_to_4095） { peak = Triangle_Amplitude_equal_to_1; } enable_DAC1_channel（false）; enable_DAC2_channel（false）; set_DAC1_triangle_waveform_amplitude（peak）; set_DAC2_triangle_waveform_amplitude（peak）; enable_DAC1_channel（true）; enable_DAC2_channel（true）; } if（get_input（GPIOF_IDR， 13） == 0） { while（get_input（GPIOF_IDR， 13） == 0）; time = ~time; } switch（time） { case 1： { delay_us（600）; break; } default： { delay_us（60）; break; } } }; } void setup（） { GPIO_setup（）; DAC_setup（）; } void DAC_setup（） { enable_DAC（true）; DAC_reset（）; set_DAC1_buffer（enable）; enable_DAC1_trigger（true）; select_DAC1_trigger_source（Software_trigger）; select_DAC1_wave_type（triangle_wave_generation_enabled）; set_DAC1_triangle_waveform_amplitude（Triangle_Amplitude_equal_to_4095）; enable_DAC1_channel（true）; set_DAC2_buffer（enable）; enable_DAC2_trigger（true）; select_DAC2_trigger_source（Software_trigger）; select_DAC2_wave_type（triangle_wave_generation_enabled）; set_DAC2_triangle_waveform_amplitude（Triangle_Amplitude_equal_to_4095）; enable_DAC2_channel（true）; } void GPIO_setup（） { enable_GPIOA（true）; enable_GPIOF（true）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 4， analog_input）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 5， analog_input）; pin_configure_high（GPIOF_CRH， 13， digital_input）; pin_configure_high（GPIOF_CRH， 14， digital_input）; pull_up_enable（GPIOF_ODR， 13）; pull_up_enable（GPIOF_ODR， 14）; }

在本演示中，我们可以使用连接到GPIO PF14引脚的按钮来改变从两个DAC输出通道输出的三角波的幅度。连接到GPIO PF13引脚的按钮可用于选择时间段。

视频链接：https://www.youtube.com/watch？v=eX3zRjr8bQo。

产生白噪声

白噪声生成模块的设置与三角波形发生器的设置类似。除了波形以外，唯一不同的是产生白噪声的算法。这不在我的解释范围内。我们只需要知道我们可以使用该模块生成可变幅度的伪随机噪声。为了更好地理解，请查看https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_feedback_shift_register。我们所需要做的就是根据需要屏蔽LFSR。

#include “DAC.h” #include “GPIO.h” void setup（）; void DAC_setup（）; void GPIO_setup（）; void main（） { setup（）; while（1） { set_DAC2_software_trigger（enable）; delay_us（10）; }; } void setup（） { GPIO_setup（）; DAC_setup（）; } void DAC_setup（） { enable_DAC（true）; DAC_reset（）; set_DAC2_buffer（enable）; enable_DAC2_trigger（enable）; select_DAC2_trigger_source（Software_trigger）; select_DAC2_wave_type（noise_wave_generation_enabled）; set_DAC2_LFSR_mask（0x3FF）; enable_DAC2_channel（true）; } void GPIO_setup（） { enable_GPIOA（true）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 5， analog_input）; }

视频链接：https://www.youtube.com/watch？v=ylxTQXLa-D4。

8位DAC与12位DAC

此示例旨在显示分辨率，速度和精度及其影响。 DAC1配置为12位DAC，而DAC2配置为8位DAC。我试图证明，对于相同的输出，12位分辨率将更精确，但比不那么精确的8位分辨率要慢。您会注意到，在相同的时间间隔和相同的输出下，8位输出会在12位输出之前饱和。如果您注意到快照，您会发现这两个输出都有不同的斜率，这就是精度和速度发挥作用的地方。

#include “DAC.h” #include “GPIO.h” void setup（）; void GPIO_setup（）; void DAC_setup（）; void main（） { signed int temp = 0; setup（）; while（1） { for（temp = 0; temp 《 4096; temp++） { DAC_DHR12R1 = temp; if（（temp 》 0） && （temp 《 256）） { DAC_DHR8R2 = temp; } delay_us（90）; } for（temp = 4095; temp 》 -1; temp--） { DAC_DHR12R1 = temp; if（（temp 》 0） && （temp 《 256）） { DAC_DHR8R2 = temp; } delay_us（90）; } }; } void setup（） { GPIO_setup（）; DAC_setup（）; } void GPIO_setup（） { enable_GPIOA（true）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 4， analog_input）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 5， analog_input）; } void DAC_setup（） { enable_DAC（true）; DAC_reset（）; set_DAC1_buffer（enable）; set_DAC2_buffer（enable）; enable_DAC1_channel（true）; enable_DAC2_channel（true）; }

视频链接：https://www.youtube.com/watch？v=jBfzgFGs7JM。

双模DAC

双模DAC为多种可能性开辟了道路。 STM32F10x参考手册讨论了在双模式下操作DAC的各种方法。我的感觉使它变得更加简单。我们只需要分别处理两个DAC通道。如果两个DAC具有相同的触发源，则可以说它们同时或同步更新，否则它们是独立的。两个DAC可以输出相同或不同的波形，具体取决于它们的配置方式。在本示例中，我将一个DAC配置为输出叠加在可变DC分量上的三角波，而将另一个DAC配置为在由ADC调用时输出白噪声信号。 GPIO PA9 引脚上的外部中断。

#include “DAC.h” #include “GPIO.h” #include “AFIO.h” #include “Ex_Int.h” void setup（）; void GPIO_setup（）; void AFIO_setup（）; void DAC_setup（）; void ext_int（） iv IVT_INT_EXTI9_5 ics ICS_AUTO { if（read_pending_reg（9） ！= 0） { pending_clr（9）; bit_clr（GPIOA_ODR， 6）; delay_ms（200）; bit_set（GPIOA_ODR， 6）; } } void main（） { signed int value = 0; setup（）; while（1） { if（get_input（GPIOF_IDR， 13） == 0） { delay_ms（10）; value++; } if（get_input（GPIOF_IDR， 14） == 0） { delay_ms（10）; value--; } if（value 》 2047） { value = 2047; } if（value 《 0） { value = 0; } set_DAC1_software_trigger（enable）; DAC_DHR12RD = （（（unsigned int）value） | 0x00FF0000）; }; } void setup（） { GPIO_setup（）; AFIO_setup（）; DAC_setup（）; } void GPIO_setup（） { enable_GPIOA（true）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 4， analog_input）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 5， analog_input）; pin_configure_low（GPIOA_CRL， 6， （output_mode_low_speed | GPIO_PP_output））; enable_GPIOF（true）; pin_configure_high（GPIOF_CRH， 13， digital_input）; pin_configure_high（GPIOF_CRH， 14， digital_input）; pull_up_enable（GPIOF_ODR， 13）; pull_up_enable（GPIOF_ODR， 14）; } void AFIO_setup（） { AFIO_enable（true）; pin_configure_high（GPIOA_CRH， 9， digital_input）; pull_up_enable（GPIOA_ODR， 9）; bit_set（GPIOA_ODR， 6）; set_EXTI8_11（9， PA_pin）; falling_edge_selector（9）; interrupt_mask（9）; NVIC_IntEnable（IVT_INT_EXTI9_5）; EnableInterrupts（）; } void DAC_setup（） { enable_DAC（true）; DAC_reset（）; set_DAC1_buffer（enable）; enable_DAC1_trigger（true）; select_DAC1_trigger_source（Software_trigger）; select_DAC1_wave_type（triangle_wave_generation_enabled）; set_DAC1_triangle_waveform_amplitude（Triangle_Amplitude_equal_to_511）; enable_DAC1_channel（true）; set_DAC2_buffer（enable）; enable_DAC2_trigger（true）; select_DAC2_trigger_source（EXTI9_event）; select_DAC2_wave_type（noise_wave_generation_enabled）; set_DAC2_LFSR_mask（0x3AA）; enable_DAC2_channel（true）; DAC_DHR12RD = 0x00FF0000; }

视频链接：https：//www.youtube.com/watch？v = 2rQQXBaYLMk。

MikroC DAC库示例

考虑到许多基于ARM的微型计算机都内置了DAC模块，因此Mikroelektronika还将易于使用的DAC库与MikroC编译器集成在一起。该库支持带DAC模块的STM32 micro中通常具有的大多数功能，这就是代码保护程序的原因。以下是配置和使用DAC所需的一些功能。

DACx_Init

DACx_Advanced_Chy_Output

DACx_Chy_Output

DAC1_Dual_Output

DACx_Deinit

函数在其编译器的手册和帮助文档中进行了详细说明。

在我的示例中，我还使用了MikroC的GPIO库–用于配置GPIO引脚的另一个有用的库。在最后一个示例中，我演示了DAC的原始用法。我使用了两个按钮来交替增加和减少连接到DAC输出的两个LED的亮度。

void setup（）; void main（） { signed int value = 2047; setup（）; while（1） { if（GPIOF_IDRbits.IDR13 == 0） { value++; } if（GPIOF_IDRbits.IDR14 == 0） { value--; } if（value 》= 4095） { value = 4095; } if（value 《= 0） { value = 0; } DAC1_Ch1_Output（value）; DAC1_Ch2_Output（（4095 - value））; delay_ms（1）; }; } void setup（） { GPIO_Clk_Enable（&GPIOA_BASE）; GPIO_Clk_Enable（&GPIOF_BASE）; GPIO_Config（&GPIOA_BASE， （_GPIO_PINMASK_4 | _GPIO_PINMASK_5）， _GPIO_CFG_MODE_ANALOG）; GPIO_Config（&GPIOF_BASE， （_GPIO_PINMASK_13 | _GPIO_PINMASK_14）， （_GPIO_CFG_MODE_INPUT | _GPIO_CFG_PULL_UP））; DAC1_Init（_DAC_DUAL_MODE_ENABLE）; }