STM32 DAC学习日记

1. DAC简介

STM32F103 的 DAC 模块（数字/模拟转换模块）是 12 位数字输入，电压输出型的 DAC。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 位模式时，数据可以设置成左对齐或右对齐。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。

STM32 的 DAC 模块主要特点有：

① 2 个 DAC 转换器：每个转换器对应 1 个输出通道

② 8 位或者 12 位单调输出

③ 12 位模式下数据左对齐或者右对齐

④ 同步更新功能

⑤ 噪声\三角波形生成

⑥ 双 DAC 双通道同时或者分别转换

⑦ 每个通道都有 DMA 功能

2.DAC工作原理

2.1 参考电压/模拟部分电压

图中 VDDA 和 VSSA 为 DAC 模块模拟部分的供电，而 VREF+则是 DAC 模块的参考电压。DAC_OUTx 就是 DAC 的两个输出通道了（对应 PA4 或者 PA5 引脚）。ADC 的这些输入/输出引脚信息如下表所示：

2.3 DAC数据格式

从图 33.1.1 可以看出，DAC 输出是受 DORx（x=1/2，下同）寄存器直接控制的，但是我们不能直接往 DORx 寄存器写入数据，而是通过 DHRx 间接的传给 DORx 寄存器，实现对 DAC输出的控制。

前面我们提到，STM32F103 的 DAC 支持 8/12 位模式，8 位模式的时候是固定的右对齐的，而 12 位模式又可以设置左对齐/右对齐。DAC 单通道模式下的数据寄存器对齐方式，总共有3种情况，如下图所示：

① 8 位数据右对齐：用户将数据写入 DAC_DHR8Rx[7:0]位（实际存入 DHRx[11:4]位）。

② 12 位数据左对齐：用户将数据写入DAC_DHR12Lx[15:4]位（实际存入DHRx[11:0]位）。

③ 12位数据右对齐：用户将数据写入DAC_DHR12Rx[11:0]位（实际存入DHRx[11:0]位）。

我们本章实验中使用的都是单通道模式下的 DAC 通道 1，采用 12 位右对齐格式，所以采用第③种情况。另外 DAC 还具有双通道转换功能。

对于 DAC 双通道（可用时），也有三种可能的方式，如下图所示：

① 8 位数据右对齐：用户将 DAC 通道 1 的数据写入 DAC_DHR8RD[7:0]位（实际存入DHR1[11:4]位），将 DAC 通道 2 的数据写入 DAC_DHR8RD[15:8]位（实际存入DHR2[11:4]位）。

② 12 位数据左对齐：用户将 DAC 通道 1 的数据写入 DAC_DHR12LD[15:4]位（实际存入DHR1[11:0]位），将 DAC 通道 2 的数据写入 DAC_DHR12LD[31:20]位（实际存入DHR2[11:0]位）。

③ 12 位数据右对齐：用户将 DAC 通道 1 的数据写入 DAC_DHR12RD[11:0]位（实际存入DHR1[11:0]位），将 DAC 通道 2 的数据写入 DAC_DHR12RD[27:16]位（实际存入DHR2[11:0]位）。

2.4 触发源

DAC 可以通过自动触发、软件触发、外部事件触发，通过配置 TENx 控制位来决定。

如果没有选中硬件触发（寄存器 DAC_CR 的 TENx 位置 0），存入寄存器 DAC_DHRx 的数据会在1个APB1时钟周期后自动传至寄存器DAC_DORx。如果选中硬件触发（寄存器DAC_CR的 TENx 位置 1），数据传输在触发发生以后 3个 APB1时钟周期后完成。一旦数据从DAC_DHRx寄存器装入 DAC_DORx 寄存器，在经过时间 tSETTLING之后，输出即有效，这段时间的长短依电源电压和模拟输出负载的不同会有所变化。我们可以从《《STM32F103ZET6.pdf》数据手册查到tSETTLING的典型值为 3us，最大是 4us，所以 DAC 的转换速度最快是 333K 左右。

如果使用硬件触发（TENx=1），可通过外部事件（定时计数器、外部中断线）触发 DAC 转换。由 TSELx[2:0]控制位来决定选择 8 个触发事件中的一个来触发转换。触发事件如下表所示：

2.5 DMA请求

每个 DAC 通道都有 DMA 功能，两个 DMA 通道分别用于处理两个 DAC 通道的 DMA 请求。如果 DMAENx 位置 1 时，如果发生外部触发（而不是软件触发），就会产生一个 DMA 请求，然后 DAC_DHRx 寄存器的数据被转移到 DAC_NORx 寄存器。

2.6 DAC输出电压

3.DAC输出实验

3.1 实验简要

1. 功能描述：通过DAC1通道1(PA4)输出预设电压，然后由ADC1通道1 (PA1) 采集，最后显示ADC转换的数字量及换算后的电压值

2. 关闭通道1触发(即自动):TEN1位置0

3. 关闭输出缓冲:BOFF1位置1

4. 使用12位右对齐模式:将数字量写入DAC_DHR12R1寄存器

DAC_CR寄存器框图

3.2 相关HAL函数介绍

3.3 关键结构体介绍

typedef struct 
{ 
	DAC_TypeDef *Instance; 				/* DAC 寄存器基地址 */
 	__IO HAL_DAC_StateTypeDef State; 	/* DAC 工作状态 */
 	HAL_LockTypeDef Lock; 				/* DAC 锁定对象 */
 	DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle1; 	/* 通道 1 的 DMA 处理句柄指针 */
 	DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle2; 	/* 通道 2 的 DMA 处理句柄指针 */
 	__IO uint32_t ErrorCode; 			/* DAC 错误代码 */ 
} DAC_HandleTypeDef; 

typedef struct 
{
 	uint32_t DAC_Trigger; 		/* DAC 触发源的选择 */
 	uint32_t DAC_OutputBuffer; 	/* 启用或者禁用 DAC 通道输出缓冲区 */
 } DAC_ChannelConfTypeDef;

3.4 例程代码

dac.c

#include "./BSP/DAC/dac.h"
DAC_HandleTypeDef g_dac_handle;

/* DAC初始化函数 */
void dac_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf;

    g_dac_handle.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&g_dac_handle);                                        /* 初始化DAC */

    dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;                         /* 不使用触发功能 */
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;            /* DAC输出缓冲关闭 */

    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);  /* 配置DAC通道1 */
    HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);                        /* 开启DAC通道1 */
}

/* DAC MSP初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if (hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;

        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/* 设置通道输出电压 */
void dac_set_voltage(uint16_t vol)
{
    double temp = vol;
    temp /= 1000;
    temp = temp * 4096 / 3.3;

    if (temp >= 4096)temp = 4095;   /* 如果值大于等于4096, 则取4095 */

    HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, temp); /* 12位右对齐数据格式设置DAC值 */
}

main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/DAC/dac.h"
#include "./BSP/ADC/adc.h"
#include "./USMART/usmart.h"

int main(void)
{
    uint16_t adcx;
    float temp;
    
    HAL_Init();                                 /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);         /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                             /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                         /* 串口初始化为115200 */
    usmart_init(72);							/* 我这里用了USMART调试电压，也可以不用 */
    led_init();                                 /* 初始化LED */
    lcd_init();                                 /* 初始化LCD */
    key_init();                                 /* 初始化按键 */
    adc_init();                                 /* 初始化ADC */
    dac_init();                                 /* 初始化DAC1_OUT1通道 */

    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "ADC TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VAL:", BLUE);
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "ADC1_CH1_VOL:0.000V", BLUE); /* 先在固定位置显示小数点 */

    dac_set_voltage(2000);

    while (1)
    {
        adcx = adc_get_result();
        lcd_show_xnum(134, 110, adcx, 5, 16, 0, BLUE);   /* 显示ADCC采样后的原始值 */
 
        temp = (float)adcx * (3.3 / 4096);               /* 获取计算后的带小数的实际电压值，比如3.1111 */
        adcx = temp;                                     /* 赋值整数部分给adcx变量，因为adcx为u16整形 */
        lcd_show_xnum(134, 130, adcx, 1, 16, 0, BLUE);   /* 显示电压值的整数部分，3.1111的话，这里就是显示3 */

        temp -= adcx;                                    /* 把已经显示的整数部分去掉，留下小数部分，比如3.1111-3=0.1111 */
        temp *= 1000;                                    /* 小数部分乘以1000，例如：0.1111就转换为111.1，相当于保留三位小数。 */
        lcd_show_xnum(150, 130, temp, 3, 16, 0X80, BLUE);/* 显示小数部分（前面转换为了整形显示），这里显示的就是111. */

        LED0_TOGGLE();
        delay_ms(250);
    }
}