STM32 HAL库 STM32CubeMX -- DAC

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一、DAC 简介

DAC（Digital-to-Analog Converter），即为数字/模拟转换模块，又称D/A转换器；

作用就是把输入的数字编码，转换成对应的模拟电压输出，它的功能与ADC 相反。即为输出波形和输出固定电压
例如：将一定比例电压值的数字信号转换为模拟信号。

在常见的数字信号系统中，大部分传感器信号被化成电压信号，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，该电压模拟信号常常用来驱动某些执行器件，使人类易于感知。

STM32 具有片上DAC 外设，它的分辨率可配置为8 位或12 位的数字输入信号，具有两个DAC输出通道，这两个通道互不影响，每个通道都可以使用DMA 功能，都具有出错检测能力，可外部触发。
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工作在12位模式时，数据可以设置成左对齐或右对齐。

二、DAC的功能框图

整个DAC 模块围绕框图下方的“数字至模拟转换器x”展开，它的左边分别是参考电源的引脚：VDDA、VSSA 及Vref+，其中STM32 的DAC 规定了它的参考电压Vref+ 输入范围为2.4——3.3V。

“数字至模拟转换器x”的输入为DAC 的数据寄存器“DORx”的数字编码，经过它转换得的模拟信号由图中右侧的“DAC_OUTx”输出。而数据寄存器“DORx”又受“控制逻辑”支配，它可以控制数据寄存器加入一些伪噪声信号或配置产生三角波信号。

图中的左上角为DAC 的触发源，DAC根据触发源的信号来进行DAC 转换，其作用就相当于DAC 转换器的开关，它可以配置的触发源为外部中断源触发、定时器触发或软件控制触发。

参考电压

与ADC 外设类似，DAC 也使用VREF+ 引脚作为参考电压，在设计原理图的时候一般把VSSA 接地，把VREF+ 和VDDA 接3.3V，可得到DAC 的输出电压范围为：0~3.3V。

如果想让输出的电压范围变宽，可以在外部加一个电压调理电路，把0~3.3V 的DAC 输出抬升到特定的范围即可。

数模转换及输出通道

框图中的“数字至模拟转换器x”是核心部件，整个DAC 外设都围绕它而展开。它以左边的VREF+作为参考电源，以DAC 的数据寄存器“DORx”的数字编码作为输入，经过它转换得的模拟信号由右侧的“DAC_OUTx”通道输出。

其中各个部件中的“x”是指设备的标号，在STM32 中具有2 个这样的DAC 部件，每个DAC 有1 个对应的输出通道连接到特定的引脚，即：PA4-通道1，
PA5-通道2，为避免干扰，使用DAC 功能时，DAC 通道引脚需要被配置成模拟输入功能（AIN）。

触发源及DHRx 寄存器

在使用DAC 时，不能直接对上述DORx 寄存器写入数据，任何输出到DAC 通道x 的数据都必须写入到DHRx 寄存器中（其中包含DHR8Rx、DHR12Lx 等，根据数据对齐方向和分辨率的情况写入到对应的寄存器中）。

数据被写入到DHRx 寄存器后，DAC 会根据触发配置进行处理，若使用硬件触发，则DHRx 中的数据会在3 个APB1 时钟周期后传输至DORx，DORx 随之输出相应的模拟电压到输出通道；

若DAC 设置为外部事件触发，可以使用定时器（TIMx_TRGO）、EXTI_9 信号或软件触发（SWTRIGx）这几种方式控制数据DAC 转换的时机，例如使用定时器触发，配合不同时刻的DHRx 数据，可实现DAC 输出正弦波的功能。

三、STM32Cube MX配置

基础STM32Cube MX的配置可以参考这篇博客：STM32 CubeMx教程 – 基础知识及配置使用教程

这里讲一下DAC的一些通用配置介绍，具体使用在第四部分

配置RCC，使用外部晶振模式

配置SYS，debug模式选择使用Serial Wire

配置DAC，

OUT1 Configuration：使能DAC通道1输出
OUT2 Configuration：使能DAC通道2输出
External Trigger 外部中断EXTI9 触发（使用外部中断来触发ADC）

Output Buffer：输出缓存
Enable：使能输出缓存，DAC的输出阻抗会降低，无需外部运放即可直接驱动外部负载。但是输出的电压没法低于20mv。如果不需要输出小于20mv的信号，一般开启输出缓存。
Disable：不使能输出缓存，那么DAC可以输出低于20mv的信号。

Trigger：触发源选择。

Wave generation mode(波形生成模式) ：
可以选择三角波发生器(Triangle wave generation)和噪声波形(noise wave generation)

Maximum Triangle Amplitude(最大三角波幅) ：
DAC12位数据存储，最大为4095
0-4095 对应 0V~3.3V

配置时钟树

四、代码详解

HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);     //开启DAC输出
//	参数1：DAC结构体名字 ；参数2：DAC所用的通道
示例：HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);


HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);   //关闭DAC输出
//	参数1：DAC结构体名字 ；参数2：DAC所用的通道
示例：HAL_DAC_Stop(&hdac,DAC_CHANNEL_1);


HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t* pData, uint32_t Length, uint32_t Alignment);  //开启DAC的DMA输出
// 参数1：DAC结构体名字；参数2：DAC所用的通道；参数3：数据的地址；参数4：数据的个数；参数5：数据的对齐方式  需要函数中不断开启
示例：HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)SineWaveTable, POINTS, DAC_ALIGN_12B_R);


HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop_DMA(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel); //关闭DAC的DMA输出
// 参数1：DAC结构体名字；参数2：DAC所用的通道；
示例：HAL_DAC_Stop_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1);


HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t Alignment, uint32_t Data);  //设置DAC输出值
// 参数1：DAC结构体名字；参数2：DAC所用的通道；参数3：DAC对齐方式；参数4：设置的电压数值 0 ~ 4095
示例：HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, 2048);


uint32_t HAL_DAC_GetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel);  //获取DAC输出值
// 参数1：DAC结构体名字；参数2：DAC所用的通道；
示例：HAL_DAC_GetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1);

在这里举三个DAC例子：
（1）输出额定电压
（2）输出三角波 + 定时器
（3）输出正弦波 + DMA + 定时器

输出额定电压

由于只是用来输出一定的额定电压，所以打开DAC就行，不用配置

	/* 在main 函数里面初始化 */
	/* 输出一定的额定电压 */
	HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, 4095);  //输出数据为右对齐12位，电压为3.3
	HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);			//打开DAC（1）

输出三角波

配置TIM；
使用内部时钟源；
设置预分频系数、重装载值、自动重装载；
设置为Update Event

配置DAC；
使用通道1；
使用定时器2触发；
触发产生三角波；
峰值为2047，取值范围0 ~ 4095 对应 0 ~ 3.3

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	/* 在main 函数里面初始化 */
	/* 输出三角波 */
	HAL_TIM_Base_Start(&htim2);			//开启定时器2
  HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_1);		//打开DAC（1）
  /* USER CODE END 2 */

输出正弦波 + DMA + TIM

配置TIM；
使用内部时钟源；
设置预分频系数、重装载值、自动重装载；
设置为Update Event

配置DAC；
配置使用定时器2触发；
由于产生正弦波，所以不使用波形产生器；

配置DAC的DMA模式；
使用循环模式；

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
#include "math.h"
#define POINTS 2048
uint16_t SineWaveTable[POINTS] = {0};
/* USER CODE END PD */

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	/* 在main 函数里面初始化 */
	/* 输出正弦波 */
	 HAL_TIM_Base_Start(&htim2);			//开启定时器
	 HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_2, (uint32_t *)SineWaveTable, POINTS, DAC_ALIGN_12B_R);  //产生正弦波
	
  /* USER CODE END 2 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
 * 生成正弦波数据点函数
 * @param NPoints       一个周期内的点数
 * @param VMaxRange     输出的电压最大值，取值范围0~3.3V
 * @param SineWaveTable 存放生成的数据点
 */
void SineWaveGen(uint32_t NPoints, float VMaxRange, uint16_t* SineWaveTable)
{
#ifndef PI
#define PI 3.14159265358979323846
#endif

	int    i       = 0;
	double radian  = 0;  // 弧度
	double setup   = 0;  // 弧度和弧度之间的大小
	double voltage = 0;  // 输出电压

	setup = (2 * PI) / NPoints;  // 两点之间的间距

	while (i < NPoints)
	{
		voltage = VMaxRange / 2.0 * (sin(radian) + 1.0);              // 计算电压
		SineWaveTable[i] = (uint16_t)(voltage * 4096 / 3.3);          // 电压转为DAC数值
		radian += setup;                                              // 下一个点的弧度
		i++;
	}
}

/* USER CODE END 4 */

附录

本文涉及的代码：STM32 HAL库 DAC例程（设置的0积分，如果无法下载，留言我发给你）