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DAC实验(DAC 输出三角波实验)(DAC 输出正弦波实验)

article 2024/11/17 3:55:43

DAC 输出三角波实验

本实验我们来学习使用如何让 DAC 输出三角波，DAC 初始化部分还是用 DAC 输出实验 的，所以做本实验的前提是先学习 DAC 输出实验。

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。LED0 闪烁，提示程序运行。

我们只需要把示波器的探头接到 DAC1 通道 1（PA4）引脚，就可以在示波器上显示 DAC 输出的波形。 

#include "./BSP/DAC/dac.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"

DAC_HandleTypeDef g_dac_handle;

/* DAC初始化函数 */
void dac_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf = {0};
    
    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,(自动模式) */
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;/* DAC1 输出缓冲关闭 */
    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);
    
    HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);/* 开启 DAC 通道 1 */
}

/* DAC MSP底层初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if(hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
        
        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();/* 使能 DAC1 的时钟 */
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();;/* 使能 DAC OUT1/2 的 IO 口时钟(都在 PA 口,PA4/PA5) */
        
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

/**
 * @brief       设置DAC_OUT1输出三角波
 *   @note      输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) Khz, 不过在dt较小的时候,比如小于5us时, 由于delay_us
 *              本身就不准了(调用函数,计算等都需要时间,延时很小的时候,这些时间会影响到延时), 频率会偏小.
 * 
 * @param       maxval : 最大值(0 < maxval < 4096), (maxval + 1)必须大于等于samples/2
 * @param       dt     : 每个采样点的延时时间(单位: us)
 * @param       samples: 采样点的个数, samples必须小于等于(maxval + 1) * 2 , 且maxval不能等于0
 * @param       n      : 输出波形个数,0~65535
 *
 * @retval      无
 */
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((maxval + 1) <= samples)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);
        }
    }
}

该函数用于设置 DAC 通道 1 输出三角波，输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) Khz，形参含 义在源码已经有详细注释。该函数中，我们使用 HAL_DAC_SetValue 函数来设置 DAC 的输出 值，这样得到的三角波在示波器上可以看到。如果有跳动现象（不平稳），是正常的，因为调用 函数，计算等都需要时间，这样就会导致输出的波形是不太稳定的。越高性能的 MCU，得到的 波形会越稳定。而且用 HAL 库函数操作效率没有直接操作寄存器高，所以可以像寄存器版本实 验一样，直接操作 DHR12R1 寄存器，得到的波形会相对稳定些。

由于使用 HAL 库的函数，CPU 花费的时间会更长（因为指令变多了），在时间精度要求比 较高的应用，就不适合用 HAL 库函数来操作了，这一点希望大家明白。所以学 STM32 不是说 只要会 HAL 库就可以了，对寄存器也是需要有一定的理解，最好是熟悉。这里用 HAL 库操作 只是为了演示怎么使用 HAL 库的相关函数。

#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/ADC/adc.h"
#include "./BSP/DAC/dac.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"

int main(void)
{
    uint8_t t = 0; 
    uint8_t key;
    
    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);                 /* 传口初始化 */
    
    led_init();                         /* LED初始化 */
    lcd_init();                         /* LCD初始化 */
    adc_init();                         /* ADC初始化 */
    dac_init();                         /* DAC初始化 */
    key_init();                         /* KEY初始化 */
    
    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "DAC Triangular WAVE TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Wave1  KEY1:Wave2", RED);
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC None", BLUE); /* 提示无输出 */
    
    while(1)
    {
        t++;
        key = key_scan(0);                           /* 按键扫描 */

        if (key == KEY0_PRES)                        /* 高采样率 , 约1Khz波形 */
        {
            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 == KEY1_PRES)                   /* 低采样率 , 约1Khz波形 */
        {
            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;
        }

        delay_ms(10);
    }
}

该部分代码功能是，按下 KEY0 后，DAC 输出三角波 1，按下 KEY1 后，DAC 输出三角波 2，将 dac_triangular_wave 的形参代入公式：输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) KHz，得到三角 波 1 和三角波 2 的频率都是 0.1KHz。

下载代码后，可以看到 LED0 不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD 显示如图 33.3.4.1 所示：

没有按下任何按键之前，LCD 屏显示 DAC None，当按下 KEY0 后，DAC 输出三角波 1， LCD 屏显示 DAC Wave1 ，三角波 1 输出完成后 LCD 屏继续显示 DAC None，当按下 KEY1后，DAC 输出三角波 2，LCD 屏显示 DAC Wave2，三角波 2 输出完成后 LCD 屏继续显示 DAC None。

其中三角波 1 和三角波 2 在示波器的显示情况如下图所示：

由上面两副测试图可以知道，三角波 1 的频率是 64.5Hz，三角波 2 的频率是 99.5Hz。三角 波 2 基本接近我们算出来的结果 0.1KHz，三角波 1 有较大误差，在介绍 dac_triangular_wave 函 数时也说了原因，加上三角波 1 的采样率比较高，所以误差就会比较大。 

DAC 输出正弦波实验

本实验我们来学习使用如何让 DAC 输出正弦波。实验将用定时器 7 来触发 DAC 进行转换 输出正弦波，以 DMA 传输数据的方式。

使用 DAC 输出正弦波，通过 KEY0/KEY1 两个按键，控制 DAC1 的通道 1 输出两种正弦 波，需要通过示波器接 PA4 进行观察。LED0 闪烁，提示程序运行。

我们只需要把示波器的探头接到 DAC1 通道 1（PA4）引脚，就可以在示波器上显示 DAC 输出的波形。PA4 在 P7 已经引出，硬件连接如图 33.4.2.1 所示：

HAL库函数 

 代码

#include "./BSP/DAC/dac.h"

DMA_HandleTypeDef g_dma_dac_handle;
DAC_HandleTypeDef g_dac_dma_handle;

extern uint16_t g_dac_sin_buf[4096];           /* 发送数据缓冲区 */

/* DAC DMA输出波形初始化函数 */
void dac_dma_wave_init(void)
{
    DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf = {0};
    
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();/* DMA2 时钟使能 */
    
    g_dma_dac_handle.Instance = DMA2_Channel3;/* 设置 DMA 通道 */
    g_dma_dac_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;/* 从存储器到外设模式 */
    g_dma_dac_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;/* 存储器数据长度:16 位 */
    g_dma_dac_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;/* 存储器增量模式 */
    g_dma_dac_handle.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;/* 循环模式 */
    g_dma_dac_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;/* 外设数据长度:16 位 */
    g_dma_dac_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;/* 外设非增量模式 */
    g_dma_dac_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;/* 优先级 */
    HAL_DMA_Init(&g_dma_dac_handle);/* 初始化 DMA */
    
    __HAL_LINKDMA(&g_dac_dma_handle, DMA_Handle1, g_dma_dac_handle);/* DMA 句柄与 DAC 句柄关联 */
    
    g_dac_dma_handle.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&g_dac_dma_handle);
    
    dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T7_TRGO;/* 使用 TIM7 TRGO 事件触发 */
    dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;/* DAC1 输出缓冲关闭 */
    HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_dma_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);/* DAC 通道 1 配置 */
    
    /* 配置 DMA 传输参数 */
    HAL_DMA_Start(&g_dma_dac_handle, (uint32_t)g_dac_sin_buf, (uint32_t)&DAC->DHR12R1, 0);
}

/* DAC MSP底层初始化函数 */
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    if(hdac->Instance == DAC)
    {
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
        
        __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();/* 使能 DAC1 的时钟 */
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/* DAC 通道引脚端口时钟使能 */
        
        /* STM32 单片机, 总是 PA4=DAC1_OUT1, PA5=DAC1_OUT2 */
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_4;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;/* 模拟 */
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    }
}

void dac_dma_wave_enable(uint16_t cndtr, uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_HandleTypeDef tim7_handle = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef tim7_master_config = {0};
    
    __HAL_RCC_TIM7_CLK_ENABLE();/* TIM7 时钟使能 */
    
    tim7_handle.Instance = TIM7;/* 选择定时器 7 */
    tim7_handle.Init.Prescaler = psc;/* 预分频 */
    tim7_handle.Init.Period = arr;/* 自动装载值 */
    tim7_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数器 */
    HAL_TIM_Base_Init(&tim7_handle);
    
    tim7_master_config.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE;/* 定时器更新事件用于触发 */
    tim7_master_config.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&tim7_handle, &tim7_master_config);/* 配置定时器 7 的更新事件触发 DAC 转换 */
    
    HAL_TIM_Base_Start(&tim7_handle);/* 启动定时器 7 */
    
    HAL_DAC_Stop_DMA(&g_dac_dma_handle, DAC_CHANNEL_1);/* 先停止之前的传输 */
    HAL_DAC_Start_DMA(&g_dac_dma_handle, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)g_dac_sin_buf, cndtr, DAC_ALIGN_12B_R);
}

该函数用于初始化 DAC 用 DMA 的方式输出正弦波。本函数用到的 API 函数起前面都介 绍过，请结合前面介绍过的相关内容来理解源码。这里值得注意的是我们是采用定时器 7 触发 DAC 进行转换输出的。

该函数用于使能波形输出，利用定时器 7 的更新事件来触发 DAC 转换输出。使能定时器 7 的时钟后，调用 HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization 函数配置 TIM7 选择更新事件作为触 发输出 （TRGO），然后调用 HAL_DAC_Stop_DMA 函数停止 DAC 转换以及 DMA 传输，最后 再调用 HAL_DAC_Start_DMA 函数重新配置并启动 DAC 和 DMA。

#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/ADC/adc.h"
#include "./BSP/DAC/dac.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "math.h"

uint16_t g_dac_sin_buf[4096];           /* 发送数据缓冲区 */

/**
 * @brief       产生正弦波函序列
 *   @note      需保证: maxval > samples/2
 *
 * @param       maxval : 最大值(0 < maxval < 2048)
 * @param       samples: 采样点的个数
 *
 * @retval      无
 */
void dac_creat_sin_buf(uint16_t maxval, uint16_t samples)
{
    uint8_t i;
    float inc = (2 * 3.1415962) / samples; /* 计算增量（一个周期DAC_SIN_BUF个点）*/
    float outdata = 0;

    for (i = 0; i < samples; i++)
    {
        outdata = maxval * (1 + sin(inc * i)); /* 计算以dots个点为周期的每个点的值，放大maxval倍，并偏移到正数区域 */
        if (outdata > 4095)
            outdata = 4095; /* 上限限定 */
        //printf("%f\r\n",outdata);
        g_dac_sin_buf[i] = outdata;
    }
}

int main(void)
{
    uint8_t t = 0; 
    uint8_t key;
    
    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);                 /* 传口初始化 */
    
    led_init();                         /* LED初始化 */
    lcd_init();                         /* LCD初始化 */
    key_init();                         /* KEY初始化 */
    
    /* 初始化DAC通道1 DMA波形输出 */
    dac_dma_wave_init();
    
    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "DAC DMA Sine WAVE TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:3Khz  KEY1:30Khz", RED);
    
    dac_creat_sin_buf(2048, 100);
    dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 72 - 1);/* 100Khz触发频率, 100个点, 得到1Khz的正弦波 */
    
    while(1)
    {
        t++;
        key = key_scan(0);                           /* 按键扫描 */
        
        if (key == KEY0_PRES)                               /* 高采样率 , 约1Khz波形 */
        {
            dac_creat_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 == KEY1_PRES)                          /* 低采样率 , 约1Khz波形 */
        {
            dac_creat_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)        /* 定时时间到了 */
        {
            LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁 */
            t = 0;
        }
        delay_ms(5);
    }
}

dac_dma_wave_init 函数初始化 DAC 通道 1，并指定 DMA 搬运的数据的开始地址和目标 地址。dac_creat_sin_buf 函数用于产生正弦波序列，并保存在 g_dac_sin_buf 数组中，供给 DAC 转换。在进入wilhe(1)循环之前，dac_dma_wave_enable函数默认配置DAC的采样点个数时100， 并配置定时器 7 的溢出频率为 100KHz。这样就可以输出 1KHz 的正弦波。下面给大家解释一下 为什么是输出 1KHz 的正弦波？

定时器 7 的溢出频率为 100KHz，不记得怎么计算的朋友，请回顾基本定时器的相关内容， 这里直接把公式列出：Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk

看到 dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 72 - 1);这个语句，第二个形参是自动重装载值，第 三个形参是分频系数，那么代入公式，可得：Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk= ((9+1)*(71+1))/ 72000000= 0.00001s得到定时器的更新事件周期是 0.00001 秒，即更新事件频率为 100KHz，也就得到 DAC 输 出触发频率为 100KHz。再结合总一个正弦波共有 100 个采样点，就可以得到正弦波的频率为 100KHz/100 = 1KHz。

知道了正弦波的频率怎么来的，下面代码中，按下按键 KEY0，得到 3KHz 的正弦波，按下 按键 KEY1，得到 30KHz 的正弦波，计算方法都一样的。

实验现象

没有按下任何按键之前，默认输出 1KHz（100 个采样点）的正弦波，如下图所示：

当按下 KEY0 后，DAC 输出 3KHz（100 个采样点）的正弦波，如下图所示： 当按下 KEY1 后，DAC 输出 30KHz（10 个采样点）的正弦波，如下图所示：


http://www.kler.cn/a/133238.html

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