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【ESP32】ESP-IDF开发 | DAC数模转换器+余弦波输出例程

article 2025/2/1 16:42:42

1. 简介

ESP32上的数字模拟转换器 (DAC) 带有 2 个 8 位通道，因此可输出2路模拟信号。在低功耗模式下也可由 ULP 协处理器通过控制寄存器来实现完全控制。内部自带余弦波形生成器，可用于生成余弦波形/正弦波形，用户可调整频率、振幅、相位和直流偏移。

2. 例程

例程中使用到一个串口示波器上位机，下载地址在这：VOFA+。

2.1 余弦波生成

这个例程使用DAC生成一个余弦波，然后连接ADC进行捕获，捕获的数据发到上位机中。

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "freertos/semphr.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_adc/adc_oneshot.h"
#include "driver/dac_cosine.h"
#include "soc/soc_caps.h"

#include <string.h>

#define TAG "app"

adc_oneshot_unit_handle_t adc_handle = NULL;
dac_cosine_handle_t dac_handle = NULL;
int adc_raw = 0;


int app_main()
{
    /* 初始化DAC */
    dac_cosine_config_t cos_cfg = {
        .chan_id = DAC_CHAN_0,  // 通道0
        .freq_hz = 1000,  // 1kHZ
        .clk_src = DAC_COSINE_CLK_SRC_DEFAULT,  // 默认时钟源，RTC_FAST_CLK
        .offset = 0,  // DC偏移
        .phase = DAC_COSINE_PHASE_0,
        .atten = DAC_COSINE_ATTEN_DEFAULT,  // 不衰减
        .flags.force_set_freq = false,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(dac_cosine_new_channel(&cos_cfg, &dac_handle));
    ESP_ERROR_CHECK(dac_cosine_start(dac_handle));

    /* 初始化ADC */
    adc_oneshot_unit_init_cfg_t adc_init = {
        .unit_id = ADC_UNIT_1,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_new_unit(&adc_init, &adc_handle));

    adc_oneshot_chan_cfg_t adc_cfg = {
        .bitwidth = ADC_BITWIDTH_12,
        .atten = ADC_ATTEN_DB_12,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_config_channel(adc_handle, ADC_CHANNEL_0, &adc_cfg));

    while(1) {
        ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_read(adc_handle, ADC_CHANNEL_0, &adc_raw));
        printf("adc:%d\n", adc_raw);
        vTaskDelay(1);
    }
}

DAC的余弦生成器初始化结构体定义如下：

typedef struct {
    dac_channel_t chan_id;
    uint32_t freq_hz;
    dac_cosine_clk_src_t clk_src;
    dac_cosine_atten_t atten;
    dac_cosine_phase_t phase;
    int8_t offset;
    struct {
        bool force_set_freq: 1;
    } flags;
} dac_cosine_config_t;

chan_id：DAC通道（0-1）；
freq_hz：输出频率，建议设置为120-200000之间，单位HZ；
clk_src：时钟源，默认为RTC_FAST；
atten：信号衰减；
phase：相位；
offset：直流偏移；
force_set_freq：强制设置频率。

ADC我使用单次采集模式，配置ADC1，通道0，12db衰减。主循环中不断读取ADC值，并发送到串口。最后加一个delay防止看门狗超时。需要注意的是，ADC采集的频率一定要高于DAC输出频率的两倍或以上（采样定律），不然波形会失真。

2.2 三角波生成

生成其他的波形需要使用DAC的连续输出功能。

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "freertos/semphr.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_adc/adc_oneshot.h"
#include "driver/dac_continuous.h"
#include "soc/soc_caps.h"

#include <string.h>

#define TAG "app"

adc_oneshot_unit_handle_t adc_handle = NULL;
dac_continuous_handle_t dac_handle = NULL;
uint8_t wave[400];
int adc_raw = 0;


int app_main()
{
    /* 生成波形 */
    for (int i = 0; i < 400; i ++) {
        wave[i] = (i > (400 / 2)) ? (2 * 255 * (400 - i) / 400) : (2 * 255 * i / 400);
    }

    /* 初始化DAC */
    dac_continuous_config_t cont_cfg = {
        .chan_mask = DAC_CHANNEL_MASK_CH0,
        .desc_num = 8,
        .buf_size = 2048,
        .freq_hz = 20000,  // 400kHz
        .offset = 0,
        .clk_src = DAC_DIGI_CLK_SRC_DEFAULT,
        .chan_mode = DAC_CHANNEL_MODE_SIMUL,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(dac_continuous_new_channels(&cont_cfg, &dac_handle));
    ESP_ERROR_CHECK(dac_continuous_enable(dac_handle));
    ESP_ERROR_CHECK(dac_continuous_write_cyclically(dac_handle, wave, sizeof(wave), NULL));

    /* 初始化ADC */
    adc_oneshot_unit_init_cfg_t adc_init = {
        .unit_id = ADC_UNIT_1,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_new_unit(&adc_init, &adc_handle));

    adc_oneshot_chan_cfg_t adc_cfg = {
        .bitwidth = ADC_BITWIDTH_12,
        .atten = ADC_ATTEN_DB_12,
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_config_channel(adc_handle, ADC_CHANNEL_0, &adc_cfg));

    while(1) {
        ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_read(adc_handle, ADC_CHANNEL_0, &adc_raw));
        printf("adc:%d\n", adc_raw);
        vTaskDelay(1);
    }
}

DAC连续输出模式的初始化结构体定义如下：

typedef struct {
    dac_channel_mask_t chan_mask;
    uint32_t desc_num;
    size_t buf_size;
    uint32_t freq_hz;
    int8_t offset;
    dac_continuous_digi_clk_src_t clk_src;
    dac_continuous_channel_mode_t chan_mode;
} dac_continuous_config_t;