STM32F4外设学习篇（AD/DA）

ADC学习

一、简介

STM32F4xx系列一般具有3个ADC，可以相互独立使用，也可以使用 双重 /三重模式（提高采样率）。这里的ADC是12位（最大转换结果为4096）逐次逼近型ADC，具备19个 通道 （可以测量16个外部源，2个内部源和 $V_{bat}$ 通道），通道转换可以是 单次、连续、扫描或间断模式 执行，转换又分为 规则通道和注入通道 。转换结果可以 左对齐或右对齐方式 存储在16位数据寄存器中，ADC最大工作频率是36MHz，最大 转换速率 为2.4MHz。

1、对于ADC，我们关系一些关键参数：

精度（分辨率）： 位数越高越好，相应的量化误差越小，$\Delta =V_{ref}/4096$。
ADC参考电压： $V_{ref}$ ，对于STM32F407ZGT6芯片只有 $V_{ref+}$ 参考电压引脚， $V_{ref+}$ 输入电压范围是1.8~VDDA（P7端口上通过跳线帽将 $V_{ref+}$接到VDDA，这样默认参考电压就是3.3V）。
采样时间是ADC记录输入电压模拟量的时间，该时间内要求要求输入电压足够稳定，不会因电压波动造成记录数值不准，越长越精准。
转换时间是指ADC把记录的模拟量转换成数字量的时间
总的转换时间：$T_{covn}$=采样时间+12个时钟周期（转换时间）。
（在不同情形下，可能一个名词对应不同概念，个人感觉有些文章将不同概念都当成了同一个名词很有迷惑性，比如把连续转换两个采样点的时间间隔叫做采样时间（间隔）又把模拟量采取时间称为采样时间，个人理解，若有错误感谢指出）

2、关键字理解（前文加粗斜体字）：

多重模式： 当有多个ADC存在时，可以设置为多个ADC交替采样（比如双重或三重），这样可以提高采样率。
通道： 可以理解为ADC的模拟数据输入端口（来源），可以是外部通道（与GPIO口连接，测量外部电压信号），也可以是内部通道，比如与内部电源或者传感器相连。
转换模式： 顾名思义，单次就是触发转换后，ADC转换一次就结束；而连续模式就是不停的转换；扫描的意思就是顺序读取（多个通道输入时，按照一定顺序依次转换，想象下对多个通道一个一个读取，理解名字为什么这么取）。
规则通道与注入通道： 类比中断可以设置抢占优先级和响应优先级，ADC采样不同通道也可以设置如此：注入通道可以打断规则通道的转换。STM32F4最多可以设置16个规则通道，而注入通道最多4个。
左对齐或右对齐方式： 转换数据在数据寄存器中的存放方式，比如将12位数据0xFFF存放在16位寄存器里面，设置左对齐，则直接读取寄存器得到的数据是0xFFF0。

二、关键寄存器（单次转换）：

ADC_CR1： 控制寄存器，如SCAN位用于设置扫描模式，RES位设置ADC分辨率（6、8、10、12位四种）。
ADC_CR2： 控制寄存器，如ADON设置AD的开关，CONT设置连续转换，ALIGN设置数据对齐，EXTEN设置规则通道的外部触发使能（上升沿、下降沿等）。
ADC_CCR： 通用控制寄存器，如ADCPRE位为设置ADC输入时钟分频大小，MULTI用于设置ADC多重模式选择（全0为独立模式）。
ADC_SMPR1和ADC_SMPR2： 采样时间寄存器，选择设置通道0~18的采样时间（每个通道站3位）。
ADC_SQR1~3： 规则序列寄存器，对于规则通道进行配置（多少个规则通道，每个规则通道序列对应的ADC通道编号等)。
ADC_DR： 数据寄存器，规则序列通道的转换结果存在此处（存放的数据可以通过ADC_CR2的ALIGN位设置左对齐还是右对齐）；相应的，注入通道转换结果存放在ADC_JDRx里面。
ADC_SR： 状态寄存器，比如EOC位标志AD转换的完成，表示此时可以从ADC_DR 读取转换结果。

三、库函数讲解：

考虑到使用ADC读取外部通道模拟量，此处需要配置GPIO为模拟输入。

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入

有了输入量我们还需要设置ADC的初始化参数。
首先是通用配置：

ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间的延迟5个时钟
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; //DMA失能
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;//预分频4分频。ADCCLK=PCLK2/4=84/4=21Mhz,ADC时钟最好不要超过36Mhz 
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化

注：里面DMA不管（看后面的文章介绍），ADC_TwoSamplingDelay 的含义理解（设置多重ADC采样间隔时有用，单个ADC无意义，不要与采样时间和采样频率搞混淆了）
初始化使用的ADC1的参数：

ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//12位模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式	
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;//禁止触发检测，使用软件触发
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐	
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化

这里的ADC_ExternalTrigConvEdge 触发方式设置设置为软件触发，但是很多时候设置为外部触发比如定时器触发转换，这样可以精确控制采样转换频率。
这样基本参数就设置好了,ADC也配置完成,只需开启使用了:

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器	

这里我们使用规则序列通道，且需注意读取转换值之前要判断转换是否完成，这里我们直接通过将上述步骤编写为一个ADC转换值读取函数：

//ch: @ref ADC_channels 
//通道值 0~16取值范围为：ADC_Channel_0~ADC_Channel_16
//返回值:转换结果
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
	//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );	//ADC1,ADC通道,480个周期,提高采样时间可以提高精确度			    
	ADC_SoftwareStartConv(ADC1);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能	
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}

DAC学习

一、简介

DAC即将数字量转换为模拟量（如电压），比如12位DAC，参考电压为$V_{ref+}$ ，输出电压线性变化范围0~Vref+，$V_{out}$=$V_{ref+}$*（DORx / 4095），这里的 DORx 存放的就是我们所要转换的目标数字量。

而这是通过写入 DHRx寄存器再间接的传入 DORx 寄存器来控制DA转换的。

STM32F4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+（通 ADC 共用）以获得更精确的转换结果。
STM32F4 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 噪声波形生成
⑥ 三角波形生成
⑦ 双 DAC 通道同时或者分别转换
⑧ 每个通道都有 DMA 功能

二、寄存器配置

1、DAC_CR （控制寄存器）：低 16 位用于控制通道 1，而高 16 位用于控制通道 2。

一些重要的位如下（通道1为例）：
EN1：通道1使能位。
BOFF1：通道1输出缓冲器禁止位。
TEN1：通道1触发使能位（决定DHR数据需要延迟几个APB时钟才传入DOR）。
TSEL1：通道1触发器选择（外部触发事件如某个定时器或外部中断线等）。
WAVE1：波形生成使能（噪声/三角波）。
DMAEN1：通道 1 DMA 使能位。

2、DAC_DHR12R1（通道 1 的 12 位右对齐数据保持寄存器）：在 DAC_CR 设置好之后，DAC 就可以正常工作了，我们仅需要再设置 DAC 的数据保持寄存器的值，就可以在 DAC 输出 通道得到你想要的电压了（对应 IO 口设置为模拟输入）。

三、库函数配置

1）开启 PA 口时钟，设置 PA4 为模拟输入。
2）使能 DAC1 时钟。
3）初始化 DAC,设置 DAC 的工作模式。
实际操作对象为DAC_CR寄存器：

void DAC_Init(uint32_t DAC_Channel, DAC_InitTypeDef* DAC_InitStruct); 

typedef struct 
{
   uint32_t DAC_Trigger;   //是否使用触发功能   
   uint32_t DAC_WaveGeneration;    //是否使用波形发生
   uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude;   //用来设置屏蔽/幅值选择器，这个变量只 在使用波形发生器的时候才有用 		
   uint32_t DAC_OutputBuffer;   //设置输出缓存控制位
}DAC_InitTypeDef; 

4）使能 DAC 转换通道
5）设置 DAC 的输出值
我们使用 12 位右对齐数据格式， 所以我们通过设置 DHR12R1，就可以在 DAC 输出引脚（PA4）得到不同的电压值:

 DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);  //12 位右对齐数据格式设置 DAC 值 

还可以读出 DAC 对应通道最后一次转换的数值:

DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1);