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STM32-17-DAC

1. DAC简介

• 什么是DAC?

  DAC，全称：Digital-to-Analog Converter，指数字/模拟转换器。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。

• 主要特点：

  • 2个DAC转换器，每个转换器对应1个输出通道
  • 8位或12位单调输出
  • 12位模式下数据左对齐或右对齐
  • 同步更新功能
  • 噪声/三角波形生成
  • 双DAC双通道同时或分别转换
  • 每个通道都有DMA功能

• ADC与DAC的关系
  

• DAC的特性参数

  • 分辨率：表示模拟电压的最小增量，常用二进制位数表示，比如8/12位等

  • 建立时间：表示一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间

  • 精度：转换器实际特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差

    ​ 误差源：比例系统误差、失调误差、非线性误差

    ​ 原因：元件参数误差、基准电压不稳定、运算放大器零漂等

2. DAC工作原理

• DAC框图
  

引脚信息：

参考电压：

DAC数据格式：

触发源：

关闭触发时(TEN=0)的转换时序图：

DMA请求：

DAC输出电压：

3. DAC输出实验

• 功能：

  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。

• 相关寄存器

  DAC控制寄存器（DAC_CR）
  

  ​ DAC_CR寄存器的低16位用于控制通道1，高16位用于控制通道2。

  DAC通道1 12位右对齐数据保持寄存器（DAC_DHR12R1）
  

• 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);
      
      dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
      dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;
      HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);
      
      HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);
  }
  

  初始化DAC句柄

  g_dac_handle.Instance = DAC;
  HAL_DAC_Init(&g_dac_handle);
  

  • g_dac_handle.Instance = DAC;：将DAC外设的基地址赋给全局DAC句柄的实例成员g_dac_handle.Instance。
  • HAL_DAC_Init(&g_dac_handle);：调用HAL库的初始化函数HAL_DAC_Init，使用DAC句柄g_dac_handle进行初始化。这一步设置了DAC的时钟和一些基本的硬件配置。

  配置DAC通道

  dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
  dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;
  HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);
  

  • dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;：设置DAC的触发方式为无触发，即DAC输出不依赖于外部事件或定时器。
  • dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;：禁用DAC输出缓冲，这通常用于降低功耗或满足特定应用要求。
  • HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);：调用HAL_DAC_ConfigChannel函数，将配置应用到DAC通道1。这个函数根据提供的配置结构体dac_ch_conf和DAC句柄g_dac_handle，对指定通道（这里是通道1）进行配置。

  启动DAC通道

  HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);
  

  最后，调用HAL_DAC_Start函数，启动DAC通道1，使其开始输出模拟信号。

• DAC MSP初始化函数

  void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hadc)
  {
      if(hadc->Instance == DAC)
      {
          GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
          
          //使能时钟
          __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
          __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
          
          //配置工作模式
          gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
          gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;  //模拟输入
          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;
      
      HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, temp);
  }
  

  电压转换为DAC值

  double temp = vol;
  temp /= 1000;
  temp = temp * 4096 / 3.3;
  

  • double temp = vol;：将输入参数 vol 转换为 double 类型并赋值给临时变量 temp。这样做是为了后续的浮点运算。
  • temp /= 1000;：将电压值从毫伏转换为伏特。
  • temp = temp * 4096 / 3.3;：将电压值转换为DAC寄存器值。这里的 4096 是12位DAC的最大值（2^12），3.3 是参考电压。公式计算方法如下：
    • 先将电压值转换为0到1之间的比值： temp / 3.3
    • 然后乘以DAC的最大值4096，得到对应的DAC寄存器值。

  限制最大值

  if(temp >= 4096) temp = 4095;
  

  因为12位DAC的最大值是4095，所以需要确保计算出的DAC寄存器值不超过4095。如果 temp 大于等于4096，则将其限制为4095，以防止超出DAC的范围。

  设置DAC值

  HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, temp);
  

  调用 HAL_DAC_SetValue 函数，设置DAC通道1的输出值。参数说明如下：

  • &g_dac_handle：DAC句柄，指向全局的DAC配置结构体。
  • DAC_CHANNEL_1：指定DAC的通道1。
  • DAC_ALIGN_12B_R：使用右对齐方式设置12位的DAC值。
  • temp：计算出的DAC寄存器值。

• 主函数

  /*确保按键按下*/
  void key_led(void)
  {
      LED1(0);
      delay_ms(20);
      LED1(1);
  }    
    
  /*LCD显示函数*/
  void lcd_display(void)
  {
      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 */
  }
  
  /*循环内部显示函数*/
  void lcd_display_value(void)
  {
      static uint16_t adcx;
      static float temp;
      
      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. */
  }
  
  /*按键值确认函数*/
  void key_value(void)
  {
      static int swap = 0;
      
      switch(key_scan(0))
      {
          case 2: swap += 100;
              if(swap >= 3300)
                  swap = 0;
              key_led();
              break;
          case 4: swap -= 100;
              if(swap < 0)
                  swap = 3300;
              key_led();
              break;
          default: 
              break;
      }
          
      dac_set_voltage(swap);
  }
  
  /*主函数*/
  int main(void)
  {
      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 */
      led_init();                                 /* 初始化LED */
      lcd_init();                                 /* 初始化LCD */
      adc_init();                                /* 初始化ADC3 */
      dac_init();
      key_init();
  
      lcd_display();
  
      while (1)
      {
          key_value();
          
          lcd_display_value();
  
          LED0_TOGGLE();
          delay_ms(250);
      }
  }
  

  执行逻辑：

  • 初始化硬件和外设。
  • 显示初始LCD内容。
  • 主循环中，持续检测按键输入，更新DAC电压，并刷新LCD显示值。
  • 定时切换LED状态。

  总结

  实现一个简单的ADC采集和DAC输出的系统，通过按键控制DAC输出电压，并在LCD上实时显示ADC采样值和对应的电压值。按键按下时，通过视觉反馈（LED闪烁）确认按键操作，并根据按键输入调整DAC输出。

4. DAC输出三角波实验

• 功能：

  使用DAC输出三角波，通过KEY0/KEY1两个按键，控制DAC1的通道1输出两种三角波，需要通过示波器接PA4进行观察。也可以通过usmart调用dac_triangular_wave函数，来控制输出哪种三角波。LED0闪烁，提示程序运行。

• 输出三角波：
  

• 输出三角波函数：

  void dac_triangular_wave(uint16_t maxval, uint16_t dt, uint16_t samples, uint16_t n)
  {
      uint16_t i, j;
      float incval;                               // 递增量 
      float Curval;                               // 当前值 
      
      if(samples > ((maxval + 1) * 2))return ;    // 数据不合法 
          
      incval = (maxval + 1) / (samples / 2);      // 计算递增量 
      
      for(j = 0; j < n; j++)
      { 
          Curval = 0;
          
          HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);    // 先输出0 
          
          for(i = 0; i < (samples / 2); i++)      // 输出上升沿 
          {
              Curval  +=  incval;                 // 新的输出值 
              HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);
              delay_us(dt);
          }
          
          for(i = 0; i < (samples / 2); i++)      // 输出下降沿 
          {
              Curval  -=  incval;                 // 新的输出值 
              HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);
              delay_us(dt);
          }
      }
  }
  

  参数说明：

  • maxval: 三角波的最大值（峰值）。
  • dt: 每次输出之间的延时，以微秒为单位。
  • samples: 完整波形的样本数。
  • n: 波形重复的次数。

  代码分析：

  if(samples > ((maxval + 1) * 2)) return;  // 数据不合法
  

  • 检查 samples 是否超过合法范围，如果是，直接返回。

  incval = (maxval + 1) / (samples / 2);    // 计算递增量
  

  • 计算每次递增或递减的量 incval。

  for(j = 0; j < n; j++)
  {
      Curval = 0;
      HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);  // 先输出0
  
      for(i = 0; i < (samples / 2); i++)  // 输出上升沿
      {
          Curval += incval;  // 新的输出值
          HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);
          delay_us(dt);
      }
  
      for(i = 0; i < (samples / 2); i++)  // 输出下降沿
      {
          Curval -= incval;  // 新的输出值
          HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, Curval);
          delay_us(dt);
      }
  }
  

  • 外层循环 for(j = 0; j < n; j++) 用于生成 n 次三角波。
  • 每次循环开始时，将 Curval 设置为0，并通过 HAL_DAC_SetValue 输出0电压。
  • 内层两个 for 循环分别生成上升沿和下降沿：
    • 第一个 for 循环从0递增到最大值 maxval，每次增加 incval，通过 HAL_DAC_SetValue 更新DAC输出，并延时 dt 微秒。
    • 第二个 for 循环从最大值 maxval 递减到0，每次减少 incval，通过 HAL_DAC_SetValue 更新DAC输出，并延时 dt 微秒。

  功能总结：

  该函数生成并输出一个三角波形。通过调整 maxval 控制波形的峰值，调整 dt 控制波形的频率，调整 samples 控制波形的采样点数，调整 n 控制波形的重复次数。每个周期的波形由 samples/2 个上升点和 samples/2 个下降点构成，每个点之间延时 dt 微秒。

• 主函数：

  while (1)
      {
          t++;
          key = key_scan(0);                           /* 按键扫描 */
  
          if (key == 4)                        /* 高采样率 , 100hz波形 ， 实际只有65.5hz */
          {
              lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC Wave1 ", BLUE);
              dac_triangular_wave(4095, 5, 2000, 100); /* 幅值4095, 采样点间隔5us, 2000个采样点, 100个波形 */
              lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC None  ", BLUE);
          }
          else if (key == 2)                   /* 低采样率 , 100hz波形 ， 实际99.5hz */
          {
              lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC Wave2 ", BLUE);
              dac_triangular_wave(4095, 500, 20, 100); /* 幅值4095, 采样点间隔500us, 20个采样点, 100个波形 */
              lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC None  ", BLUE);
          }
  
          if (t == 10)                                 /* 定时时间到了 */
          {
              LED0_TOGGLE();                           /* LED0闪烁 */
              t = 0;
          }
  

  /* 高采样率, 100hz波形, 实际只有65.5hz */
  /* 幅值4095, 采样点间隔5us, 2000个采样点, 100个波形 */
  dac_triangular_wave(4095, 5, 2000, 100);
  /* 低采样率, 100hz波形, 实际99.5hz */
  /* 幅值4095, 采样点间隔500us, 20个采样点, 100个波形 */
  dac_triangular_wave(4095, 500, 20, 100);
  

  采样频率的计算和波形质量之间的关系

  采样频率计算

  采样频率是指在一秒钟内采集的采样点数，单位为赫兹（Hz）。采样频率的计算公式是：
  $$[\text{采样频率}=\frac{1}{\text{采样间隔时间}}]$$
  其中，采样间隔时间是每个采样点之间的时间间隔。

  代码中的采样频率计算

  高采样率：

  dac_triangular_wave(4095, 5, 2000, 100); /* 幅值4095, 采样点间隔5us, 2000个采样点, 100个波形 */
  

  • 采样间隔时间：5微秒（us）
  • 每秒采样次数 = 1秒 / 5微秒 = 1,000,000微秒 / 5微秒 = 200,000次/秒

  所以，采样频率为200 kHz（千赫兹）。

  低采样率：

  dac_triangular_wave(4095, 500, 20, 100); /* 幅值4095, 采样点间隔500us, 20个采样点, 100个波形 */
  

  • 采样间隔时间：500微秒（us）
  • 每秒采样次数 = 1秒 / 500微秒 = 1,000,000微秒 / 500微秒 = 2000次/秒

  所以，采样频率为2 kHz（千赫兹）。

  波形频率计算

  高采样率波形频率：

  • 一个完整的波形周期有2000个采样点。

  • 200 kHz的采样频率 = 200,000个采样点/秒

  • 波形周期时间 = 2000采样点 / 200,000采样点/秒 = 0.01秒

    代码里面使用的是采样间隔时间*采样点

    • $$\text{波形周期时间}=\frac{\text{采样点数}}{\text{采样频率}}=\frac{2000\text{采样点}}{200,000\text{采样点/秒}}=0.01\text{秒}=10\text{毫秒}$$

  • 波形频率 = 1 / 波形周期时间 = 1 / 0.01秒 = 100Hz

  低采样率波形频率：

  • 一个完整的波形周期有20个采样点。
  • 2 kHz的采样频率 = 2000个采样点/秒
  • 波形周期时间 = 20采样点 / 2000采样点/秒 = 0.01秒
  • 波形频率 = 1 / 波形周期时间 = 1 / 0.01秒 = 100 Hz

  由于采样频率较低，波形频率接近100 Hz，但更高的非理想因素影响使其实际波形频率为99.5 Hz。

  高采样率与低采样率的区别

  • 高采样率：更高的采样率使得DAC输出能够更加精确地重现波形的细节，减少失真，波形看起来更平滑和接近于理想形态。
  • 低采样率：较低的采样率会导致波形重现不够精确，采样点之间的间隔大，波形失真较大，看起来会比较粗糙。

• 实验结果：

  高采样率的波形图：
  

  低采样率的波形图：
  

5. DAC输出正弦波实验

• 配置步骤：

  1. 初始化DMA

     HAL_DMA_Init()
     

  2. 将DMA和ADC句柄联系起来

     __HAL_LINKDMA()
     

  3. 初始化DAC

     HAL_DAC_Init()
     

  4. DAC MSP初始化

     HAL_DAC_MspInit()     
     

  5. 配置DAC相应通道相关参数

     HAL_DAC_ConfigChannel()
     

  6. 启动DAM传输

     HAL_DMA_Start()
     

  7. 配置定时器溢出频率并启动

     HAL_TIM_Base_Init()
     HAL_TIM_Base_Start()
     

  8. 配置定时器触发DAC转换

     HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization()
     

  9. 停止/启动DAC转换、DMA传输

     HAL_DAC_Stop_DMA()
     HAL_DAC_Start_DMA()
     

• 产生正弦波的函数
  

• DAC初始化函数

  void dac_dma_wave_init(void)
  {
      DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf;
      
      __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();   //使能DMA1时钟
        
      g_dma_dac_handle.Instance = DMA2_Channel3;                          //初始化DMA2的通道3
      g_dma_dac_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;             //数据传输方向设置为内存到外设
      g_dma_dac_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;                 //外设地址不递增
      g_dma_dac_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;                     //内存地址递增
      g_dma_dac_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;//数据对齐使用半字
      g_dma_dac_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;   //数据对齐使用半字
      g_dma_dac_handle.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;                          //传输模式配置为正常模式
      g_dma_dac_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;               //优先级设置为中等
      HAL_DMA_Init(&g_dma_dac_handle);
      
      __HAL_LINKDMA(&g_dac_dma_handle, DMA_Handle1, g_dma_dac_handle);
      
      g_dac_dma_handle.Instance = DAC;
      HAL_DAC_Init(&g_dac_dma_handle);
      
      dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T7_TRGO;  //触发源设置为T7触发输出（TRGO）
      dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;  //关闭输出缓冲
      HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_dma_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);
      
      //启动DMA传输，将数据从内存（g_dac_sin_buf）传输到DAC的通道1数据寄存器（DAC1->DHR12R1）
      HAL_DMA_Start(&g_dma_dac_handle, (uint32_t)g_dac_sin_buf, (uint32_t)&DAC1->DHR12R1, 0);
  }
  

• DAC MSP初始化函数

  void HAL_DAC_MsoInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
  {
      if(hdac->Instance == DAC)
      {
          GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
          
          //使能时钟
          __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
          __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
          
          //配置工作模式
          gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
          gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;  //模拟输入
          HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
      }
  }
  

• DAC DMA使能波形输出

  void dac_dma_wave_enable(uint16_t cndtr, uint16_t arr, uint16_t psc)
  {
      TIM_HandleTypeDef tim7_handle = {0};
      TIM_MasterConfigTypeDef tim_mater_config;
      
      __HAL_RCC_TIM7_CLK_ENABLE();
      
      tim7_handle.Instance = TIM7;
      tim7_handle.Init.Prescaler = psc;
      tim7_handle.Init.Period = arr;  
      HAL_TIM_Base_Init(&tim7_handle);
      
      //设置为更新事件触发（TIM_TRGO_UPDATE）
      tim_mater_config.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE;
      //设置为禁用主从模式（TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE）
      tim_mater_config.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
      HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&tim7_handle ,&tim_mater_config);
      
      //启动定时器, 开始计时
      HAL_TIM_Base_Start(&tim7_handle);
      
      //
      HAL_DAC_Stop(&g_dac_dma_handle, DAC_CHANNEL_1);
      HAL_DAC_Start_DMA(&g_dac_dma_handle, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)g_dac_sin_buf, cndtr, DAC_ALIGN_12B_R);
  }
  

  DAC通过DMA从内存缓冲区中读取波形数据并输出模拟信号。定时器7的预分频器和周期决定了DAC的更新频率，从而控制输出波形的频率和形状。

• DAC正弦波输出函数

  void dac_create_sin_buf(uint16_t maxval, uint16_t samples)
  {
      uint8_t i;
      float outdata = 0;
      float inc = (2 * 3.1415962) / samples;
      
      if(maxval <= (samples / 2)) return;
      
      for(i = 0;i < samples; i++)
      {
          outdata = maxval * sin(inc * i) + maxval;
          if(outdata > 4095)
              outdata = 4095;
          g_dac_sin_buf[i] = outdata;
      }
  }
  

  1. 变量初始化:

     • i：循环计数器。
     • outdata：临时变量，用于存储当前计算的输出数据。
     • inc：每次递增的角度值，计算方式为 ( \frac{2\pi}{\text{samples}} )，用于生成正弦波。

  2. 合法性检查:

     • 判断 maxval 是否小于等于 samples / 2，如果是则直接返回，不进行后续操作。这是为了确保生成的波形幅值合理。

  3. 生成正弦波缓冲区:

     • 使用 for 循环遍历每个采样点，计算对应的正弦波值。
     • 计算公式为 outdata = maxval * sin(inc * i) + maxval，即将生成的正弦波调整为非负值，并确保最大幅值为 maxval。
     • 如果计算出的 outdata 超过了4095（DAC的最大值），则将其限制为4095。
     • 将计算出的 outdata 存入全局缓冲区 g_dac_sin_buf 对应的位置。

  该函数通过计算并填充正弦波数据的方式，生成了一组用于DAC输出的波形数据。生成的数据缓冲区可以在后续通过DMA传输到DAC，从而生成平滑的正弦波输出。

• 主函数

  while (1)
      {
          t++;
          key = key_scan(0);                                  // 按键扫描 
  
          if (key == 4)                               // 高采样率 
          {
              dac_create_sin_buf(2048, 100);
              dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 24 - 1);       // 300Khz触发频率, 100个点, 得到最高3KHz的正弦波. 
          }
          else if (key == 2)                          // 低采样率 
          {
              dac_create_sin_buf(2048, 10);
              dac_dma_wave_enable(10, 10 - 1, 24 - 1);        // 300Khz触发频率, 10个点, 可以得到最高30KHz的正弦波. 
          }
  
          if (t == 40)       
          {
              LED0_TOGGLE(); 
              t = 0;
          }
  
          delay_ms(5);
      }
  

  触发频率计算

  定时器的触发频率由预分频器和自动重装载寄存器决定。假设系统时钟频率为72MHz：

  触发频率：

  • $$\begin{gathered} \text{触发频率}=\frac{\text{系统时钟频率}}{(\text{预分频器}+1)\times (\text{自动重装载寄存器值}+1)} \\ \text{触发频率}=\frac{72\text{MHz}}{24\times 10}=\frac{72\text{MHz}}{240}=300\text{kHz} \end{gathered}$$
    波形频率：

  • $$\text{波形频率}=\frac{\text{触发频率}}{\text{每周期采样点数}}$$

  高采样率：
  $$\text{波形频率}=\frac{300\text{kHz}}{100}=3\text{kHz}$$
  低采样率：
  $$\text{波形频率}=\frac{300\text{kHz}}{10}=30\text{kHz}$$
  通过调节采样点数和触发频率，可以生成不同频率和精度的波形。较高的采样点数会使波形更平滑，但波形频率较低；较低的采样点数则会使波形频率较高，但波形较为粗糙。

• 实验结果

  高采样率波形图：
  

  低采样率波形图：
  

6. PWM DAC实验

• PWM DAC初始化函数

  void pwmdac_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
  {
      TIM_OC_InitTypeDef timx_oc_pwm_chy = {0};
      
      g_timx_pwm_chy_handle1.Instance = TIM1;                       //定时器选择
      g_timx_pwm_chy_handle1.Init.Prescaler = psc;                  //定时器分频
      g_timx_pwm_chy_handle1.Init.Period = arr;
      g_timx_pwm_chy_handle1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; //定时器计数模式
      g_timx_pwm_chy_handle1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
      HAL_TIM_PWM_Init(&g_timx_pwm_chy_handle1);   //初始化PWM
      
      timx_oc_pwm_chy.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;   //模式选择PWM1
      timx_oc_pwm_chy.Pulse = 0;              //占空比为50%
      timx_oc_pwm_chy.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_LOW;  //输出比较极性为低
      
      HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_timx_pwm_chy_handle1, &timx_oc_pwm_chy, TIM_CHANNEL_1);   //配置定时器3通道2
      HAL_TIM_PWM_Start(&g_timx_pwm_chy_handle1, TIM_CHANNEL_1);  //开启PWM通道  
  }
  

  定时器配置:

  • g_timx_pwm_chy_handle1.Instance = TIM1;：选择定时器1。
  • g_timx_pwm_chy_handle1.Init.Prescaler = psc;：设置预分频器值。
  • g_timx_pwm_chy_handle1.Init.Period = arr;：设置自动重装载寄存器值。
  • g_timx_pwm_chy_handle1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;：设置计数模式为向上计数。
  • g_timx_pwm_chy_handle1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;：使能自动重装载预装载。
  • HAL_TIM_PWM_Init(&g_timx_pwm_chy_handle1);：初始化定时器以生成PWM信号。

  PWM通道配置:

  • timx_oc_pwm_chy.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;：设置输出比较模式为PWM模式1。
  • timx_oc_pwm_chy.Pulse = 0;：设置初始脉冲宽度（占空比）。
  • timx_oc_pwm_chy.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_LOW;：设置输出极性为低。
  • HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_timx_pwm_chy_handle1, &timx_oc_pwm_chy, TIM_CHANNEL_1);：配置定时器的第1通道。

  启动PWM输出：

  • HAL_TIM_PWM_Start(&g_timx_pwm_chy_handle1, TIM_CHANNEL_1);：启动PWM输出。

• 定时器输出PWM MSP初始化函数

  void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
  {
      if(htim->Instance == TIM1)
      {
          GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
          
          __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
          __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
          
          gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_8;
          gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
          gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
          gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
          HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
      }
  } 
  

• 设置PWM DAC输出电压

  void pwmdac_set_voltage(uint16_t vol)
  {
      float temp = vol;
      temp /= 1000;
      //将电压值转换为相应的PWM占空比值
      temp = temp * 256 / 3.3;
      //设置PWM占空比
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&g_timx_pwm_chy_handle1, TIM_CHANNEL_1, temp);
  }
  

  通过计算PWM占空比来模拟设定的输出电压，适用于需要将数字信号转换为模拟信号的场合。这个过程的关键是将输入电压值转换为适合定时器使用的PWM占空比值，并将其应用于定时器通道，以生成所需的模拟电压。

• 实验结果
  

声明：资料来源（战舰STM32F103ZET6开发板资源包）

1. Cortex-M3权威指南(中文).pdf
2. STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
3. STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
4. STM32F103ZET6（中文版）.pdf
5. 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf