STM32单片机（八）. ADC、DAC和DMA数据传输

对于STM32的ADC模数转换器的介绍以及配置在文章《STM32单片机（六）. 传感器的使用》中已经详细介绍，在本章节中主要介绍DAC数模转换器以及DMA的使用。

1、DAC转换

1.1 数模转换器的介绍

DAC（Digital to analog converter），数字模拟转换器，可以将数字信号转换为模拟信号。DAC可以输出电压模拟信号，用来去驱动其它器件。STM32F1中的DAC模块是由12位电压输出数模转换器，可以配置为8位或12位模式，也可以与DMA控制器配合使用。在12位模式下，数据可使用左对齐或右对齐方式；8位模式下，数据只有右对齐方式。DAC含有两个输出通道，每个通道各对应一个转换器。在双通道模式下，每个通道可进行单独的转换；当两个通道组合在一起同步执行更新操作时，也可同时进行转换。DAC可通过输入参考电压引脚VREF+来提高转换后的数据精度，对于DAC通道的模块框图如下所示：

1.2 DAC的配置步骤

使用库函数对DAC进行配置需要使用到库文件stm32f10x_dac.h和stm32f10x_dac.c，详细的步骤如下：

1、 使能端口及DAC时钟，设置引脚为模拟输入模式；
在STM32F103中DAC两个通道对应的是PA4和PA5引脚，因此需要使能GPIOA以及DAC时钟，DAC是挂载在APB1总线上的设备，GPIOA是挂载在APB2总线上的设备。调用函数：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);//使DA时钟

2、 初始化DAC，设置DAC工作模式；
调用函数：void DAC_Init(uint32_t DAC_Channel, DAC_InitTypeDef* DAC_InitStruct);
第一个参数选取DAC通道（DAC_Channelx），第二个参数结构体DAC_InitTypeDef的成员变量如下：

typedef struct
{
     
uint32_t DAC_Trigger; 							//DAC触发选择
uint32_t DAC_WaveGeneration;					//DAC波形发生
uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude;	//屏蔽/幅值选择器
uint32_t DAC_OutputBuffer;						//DAC输出缓存 
}DAC_InitTypeDef;

3、 使能DAC输出通道；
调用函数：void DAC_Cmd(uint32_t DAC_Channel, FunctionalState NewState);
4、 设置DAC输出值；
在使用12位数据右对齐的工作模式下，通过设置DHR12R1就可已在DAC输出引脚得到不同的电压值，调用函数：DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);
读取DAC对应通道最后一次转换值调用函数：uint16_t DAC_GetDataOutputValue(uint32_t DAC_Channel);

1.3 应用示例

STM32使用按键控制DAC输出电压的大小，并将该数据通过串口输出，详细的代码模块如下：
dac.h

#ifndef _dac_H
#define _dac_H

#include "system.h"
void DAC1_Init(void);

#endif

dac.c

#include "dac.h"

void DAC1_Init(void)
{
     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	DAC_InitTypeDef DAC_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC,ENABLE);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	DAC_InitStruct.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None;	 //不使用触发
	DAC_InitStruct.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;	//不使用波形输出
	DAC_InitStruct.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0;
	DAC_InitStruct.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable;	//关闭输出缓存
	DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitStruct);
	
	DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,0);			//初始电压值设置为0
}

main.c

#include "system.h"
#include "led.h"
#include "SysTick.h"
#include "usart.h"
#include "key.h"
#include "dac.h"

int main()
{
     
	u8 i=0;
	u8 key;
	u16 dacVal;
	u16 dac_value;
	float U;
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	LED_Init();
	USART1_Init(9600);
	DAC1_Init();
  KEY_Init();
	
	while(1)
	{
     
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY_UP)
		{
     
			dacVal+=400;
			if(dacVal>=4095)
			{
     
				dacVal=4095;
			}
			DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,dacVal);		//更新电压
		}
		else if(key==KEY_DOWN)
		{
     
			dacVal-=400;
			if(dacVal<=0)
			{
     
				dacVal=0;
			}
			DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,dacVal);
		}
		i++;
		if(i%20==0)
		{
     
			led1=!led1;
		}
		if(i%50==0)
		{
     
			dac_value=DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1);
			U=(float)dac_value*(3.3/4096);
			printf("输出电压为：%.2f\n",U);
		}
		delay_ms(10);
		
	}
}

2、DMA数据传输

2.1 DMA的介绍

DMA，Direct Memory Access，直接存储器访问。STM32中DMA可以实现外设与寄存器之间，存储器与存储器之间高效的数据传输，DMA传输数据的过程不需要CPU直接操作可以节省对CPU的占用。DMA是RAM和IO设备之间数据传输的通路，外设和存储器之间，存储器和存储器之间可以直接在通道上进行数据传输。在STM32F1中最多有2个DMA控制器（DMA2仅存在于大容量产品系列），DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，每个通道可管理来自于一个或者多个外设对存储器访问的请求，面对这些请求通过一个仲裁器来协调其优先权。对于DMA的结构框图如下所示：
DMA和Cortex-M3内核共享系统数据总线，当CPU和DMA同时访问相同的目标时，DMA会请求暂停CPU访问系统总线若干个周期，总线仲裁器执行循环调度，以保证CPU至少可以得到一半的系统总线带宽。
DMA的处理过程： 当发生一个事件后，外设向DMA控制器发送一个请求信号，DMA控制器根据通道优先权处理请求。当DMA控制器开始访问发出请求的外设时，DMA控制器立即给其发送一个应答信号。外设从DMA得到应答信号后，外设立即释放请求，请求一旦被释放，DMA控制器同时撤销硬打信号。当有更多的请求时，外设可以启动下一个周期。
DMA的数据配置： 外设到存储器，使用外设到存储器传输时，DMA外设寄存器的地址为外设的数据寄存器地址，DMA存储器的地址为用户自定义变量的地址；存储器到外设，使用存储器到外设的传输时，DMA外设寄存器地址对应的是其数据寄存器地址，DMA存储器地址为用户自定义变量（缓冲区，存储通过外设的数据）的地址；存储器到存储器，DMA外设寄存器地址为内部存储器（如Flash，可将其看作是外设）的地址，DMA存储器地址为用户自定义的变量（缓冲区，存储来自内部Flash的数据）的地址。DMA的传输完成分为两种模式，一次传输和循环传输。如果使用一次传输后DMA停止，若要在此传输，必须失能DMA后在重新配置方可继续传输；当使用循环传输时，一次传输完成后又再次恢复第一次传输时的配置进行数据传输，不断重复。

2.2 DMA的配置步骤

对于DMA的配置，需要使用到库函数文件stm32f10x_dma.h和stm32f10x_dma.c，详细的步骤如下所示：
1、 使能DMA控制器时钟；
使能DMA时钟，需要通过AHB1ENR寄存器控制，调用函数：void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState);
2、 初始化DMA通道；
需要配置DMA的通道、外设和内存地址、通道优先级以及传输数据量等，调用函数：void DMA_Init(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, DMA_InitTypeDef* DMA_InitStruct);
其中第一个参数用于选择哪个DMA的通道x，第二个参数是一个结构体变量包含的成员变量如下：

typedef struct{
     
		uint32_t DMA_PeripheralBaseAddr;		// 外设地址
		uint32_t DMA_MemoryBaseAddr; 		// 存储器地址
		uint32_t DMA_DIR; 					// 传输方向
		uint32_t DMA_BufferSize;				// 传输数目
		uint32_t DMA_PeripheralInc;			// 外设地址增量模式
		uint32_t DMA_MemoryInc; 				// 存储器地址增量模式
		uint32_t DMA_PeripheralDataSize; 		// 外设数据宽度
		uint32_t DMA_MemoryDataSize; 		// 存储器数据宽度
		uint32_t DMA_Mode; 					// 模式选择
		uint32_t DMA_Mode; 					// 模式选择
		uint32_t DMA_M2M; 					// 存储器到存储器模式
} DMA_InitTypeDef;

3、 使能外设DMA功能；
配置好DMA后，需要使能外设的DMA功能，根据使用外设的不同调用相应的函数，如使能串口DMA的发送功能需要调用：USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Tx, ENABLE);
4、 开启DMA通道传输；
调用函数：void DMA_Cmd(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Chammelx, FunctionalState NewState);
5、 查询DMA传输状态。
查询状态调用函数：FlagStatus DMA_GetFlagStatus(uint32_t DMAy_FLAG);
获取当前传输剩余数据量大小调用函数：uint16_t DMA_GetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx);
设置传输数据量大小调用函数：void DMA_SeyCurrDatatCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx, uint16_t DataNumber);

2.3 应用示例

STM32使用按键控制DMA串口USART1的数据传送，详细的代码模块如下：
dma.h

#ifndef _dma_H
#define _dma_H

#include "system.h"
void DMAx_Init(u32 paddr,u32 maddr,u16 buffsize,DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx);
void DMAx_Enable(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx,u16 ndtr);
#endif

dma.c

#include "dma.h"

void DMAx_Init(u32 paddr,u32 maddr,u16 buffsize,DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx)
{
     
	
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
	
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
	
	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr=paddr;						//外设地址
	DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr=maddr;						//内存地址
	DMA_InitStruct.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralDST;					//存储器到外设
	DMA_InitStruct.DMA_BufferSize=buffsize;							//传输数据量大小
	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;			//外设地址不增
	DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;			//内存地址自增
	DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_Byte;	//外设数据单位
	DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_Byte;		//内存数据单位
	DMA_InitStruct.DMA_Mode=DMA_Mode_Normal;						//一次传输
	DMA_InitStruct.DMA_Priority=DMA_Priority_Medium;					//通道优先级中
	DMA_InitStruct.DMA_M2M=DMA_M2M_Disable;						//存储器到存储器失能
	
	DMA_Init(DMAy_Channelx,&DMA_InitStruct);
	
}
void DMAx_Enable(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx,u16 ndtr)
{
     
	DMA_Cmd(DMAy_Channelx, DISABLE);
	DMA_SetCurrDataCounter(DMAy_Channelx,ndtr);
	DMA_Cmd(DMAy_Channelx, ENABLE);
}

main.c

#include "system.h"
#include "led.h"
#include "SysTick.h"
#include "usart.h"
#include "key.h"
#include "dma.h"
#define buf_len 5000


u8 sendBuffer[buf_len];

void send_Data(u8 *p)
{
     
	u16 i;
	for(i=0;i<buf_len;i++)
	{
     
		*p='5';
		p++;
	}
}

int main()
{
     
	u8 i=0;
	u8 key;
	
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 
	LED_Init();
	USART1_Init(9600);
  KEY_Init();
	DMAx_Init((u32)&USART1->DR,(u32)sendBuffer,buf_len,DMA1_Channel4);
	send_Data(sendBuffer);
	
	while(1)
	{
     
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY_UP)
		{
     
			USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);	//开启外设DMA功能
			DMAx_Enable(DMA1_Channel4,buf_len);
			
			while(1)
			{
     
				if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC4)!=0)	//判断DMA数据是否发送完成
				{
     
					DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC4);
					break;
				}
				led2=!led2;
				delay_ms(300);
			}
		}
		i++;
		if(i%20==0)
		{
     
			led1=!led1;
		}
		delay_ms(10);
	}
}