嵌入式单片机基础篇（十四）之DAC

2023-08-27 15:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

DAC原理与应用详解第一部分：stm32

1、问题：什么是DAC？回答：数模转换器 2、stm32 DAC简介 STM32 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。 3、STM32 的 DAC 模块主要特点有： ① 2 个 DAC 转换器：每个转换器对应 1 个输出通道 ② 8 位或者 12 位单调输出 ③ 12 位模式下数据左对齐或者右对齐 ④ 同步更新功能 ⑤ 噪声波形生成 ⑥ 三角波形生成 ⑦ 双 DAC 通道同时或者分别转换 ⑧ 每个通道都有 DMA 功能 4、单个 DAC 通道的框图如图所示：在这里插入图片描述图中 VDDA 和 VSSA 为 DAC 模块模拟部分的供电，而 Vref+则是 DAC 模块的参考电压。DAC_OUTx 就是 DAC 的输出通道了。从图中可以看出，DAC 输出是受 DORx 寄存器直接控制的，但是我们不能直接往 DORx寄存器写入数据，而是通过 DHRx 间接的传给 DORx 寄存器，实现对 DAC 输出的控制。前面我们提到，STM32 的 DAC 支持 8/12 位模式，8 位模式的时候是固定的右对齐的，而 12 位模式又可以设置左对齐/右对齐。单 DAC 通道 x，总共有 3 种情况： ① 8 位数据右对齐：用户将数据写入 DAC_DHR8Rx[7:0]位（实际是存入 DHRx[11:4]位）。 ② 12 位数据左对齐：用户将数据写入 DAC_DHR12Lx[15:4]位（实际是存入 DHRx[11:0] 位）。 ③ 12 位数据右对齐：用户将数据写入 DAC_DHR12Rx[11:0]位（实际是存入 DHRx[11:0] 位）。如果使用的是单 DAC 通道 1，采用 12 位右对齐格式，则采用第③种情况。如果没有选中硬件触发(寄存器 DAC_CR1 的 TENx 位置’0’)，存入寄存器 DAC_DHRx的数据会在一个 APB1 时钟周期后自动传至寄存器 DAC_DORx。如果选中硬件触发(寄存器DAC_CR1 的 TENx 位置’1’)，数据传输在触发发生以后 3 个 APB1 时钟周期后完成。一旦数据从 DAC_DHRx 寄存器装入 DAC_DORx 寄存器，在经过Tsettling时间之后，输出即有效，这段时间的长短依电源电压和模拟输出负载的不同会有所变化。我们可以从 STM32F103ZET6的数据手册查到Tsettling的典型值为 3us，最大是 4us。所以 DAC 的转换速度最快是 250K 左右。 5、不使用硬件触发（TEN=0），其转换的时间框图如图所示：在这里插入图片描述当 DAC 的参考电压为 Vref+的时候，DAC 的输出电压是线性的从 0~Vref+，12 位模式下 DAC输出电压与 Vref+以及 DORx 的计算公式如下： DACx 输出电压=Vref（DORx/4095）* 6、DAC相关寄存器（1）DAC控制寄存器 DAC_CR DAC_CR 的低 16 位用于控制通道 1，而高 16 位用于控制通道 2，我们这里仅列出比较重要的最低 8 位的详细描述在这里插入图片描述首先，我们来看 DAC 通道 1 使能位(EN1)，该位用来控制 DAC 通道 1 使能的，如果用的 DAC 通道 1，该位设置为 1。再看关闭 DAC 通道 1 输出缓存控制位（BOFF1），这里 STM32 的 DAC 输出缓存做的有些不好，如果使能的话，虽然输出能力强一点，但是输出没法到 0，这是个很严重的问题。不使用输出缓存。设置该位为 1。 DAC 通道 1 触发使能位（TEN1），该位用来控制是否使用触发，如果不使用触发，设置该位为 0。 DAC 通道 1 触发选择位（TSEL1[2:0]），如果没用到外部触发，设置这几个位为 0 DAC 通道 1 噪声/三角波生成使能位（WAVE1[1:0]），如果没用到波形发生器，设置为 0 。 DAC 通道 1 屏蔽/幅值选择器（MAMP[3:0]），这些位仅在使用了波形发生器的时候有用，如果没有用到波形发生器，设置为 0 。最后是 DAC 通道 1 DMA 使能位（DMAEN1），如果没有用到 DMA 功能，设置为 0。在 DAC_CR 设置好之后，DAC 就可以正常工作了，我们仅需要再设置 DAC 的数据保持寄存器的值，就可以在 DAC 输出通道得到想要的电压了（对应 IO 口设置为模拟输入）（2） DAC 通道 1 的 12 位右对齐数据保持寄存器：DAC_DHR12R1 在这里插入图片描述（3）DAC通道1数据输出寄存器DAC_DOR1

在这里插入图片描述 7、DAC库函数配置步骤： 1）开启 PA 口时钟，设置 PA4 为模拟输入。 STM32F103ZET6 的 DAC 通道 1 在 PA4 上，所以，我们先要使能 PORTA 的时钟，然后设置 PA4 为模拟输入。DAC 本身是输出，但是为什么端口要设置为模拟输入模式呢？因为一但使能 DACx 通道之后，相应的 GPIO 引脚（PA4 或者 PA5）会自动与 DAC 的模拟输出相连，设置为输入，是为了避免额外的干扰。使能 GPIOA 时钟： RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); //使能 PORTA 时钟设置 PA1 为模拟输入只需要设置初始化参数即可： GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入 2）使能 DAC1 时钟。同其他外设一样，要想使用，必须先开启相应的时钟。STM32 的 DAC 模块时钟是由 APB1提供的，所以我们调用函数 RCC_APB1PeriphClockCmd()设置 DAC 模块的时钟使能。 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE ); //使能 DAC 通道时钟 3）初始化 DAC,设置 DAC 的工作模式。该部分设置全部通过 DAC_CR 设置实现，包括：DAC 通道 1 使能、DAC 通道 1 输出缓存关闭、不使用触发、不使用波形发生器等设置。这里 DMA 初始化是通过函数 DAC_Init 完成的： void DAC_Init(uint32_t DAC_Channel, DAC_InitTypeDef DAC_InitStruct)*

typedef struct { uint32_t DAC_Trigger; uint32_t DAC_WaveGeneration; uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude; uint32_t DAC_OutputBuffer; }DAC_InitTypeDef;

第一个参数 DAC_Trigger 用来设置是否使用触发功能，如果不使用触发功能，其值为 DAC_Trigger_None。第二个参数 DAC_WaveGeneratio 用来设置是否使用波形发生，如果不使用，其值为 DAC_WaveGeneration_None。第三个参数 DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude 用来设置屏蔽/幅值选择器，这个变量只在使用波形发生器的时候才有用，如果设置为 0 ，其值为 DAC_LFSRUnmask_Bit0。第四个参数 DAC_OutputBuffer 是用来设置输出缓存控制位，如果不使用输出缓存，其值为 DAC_OutputBuffer_Disable。例子：

DAC_InitTypeDef DAC_InitType; DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None; //不使用触发功能 TEN1=0 DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;//不使用波形发生 DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0; DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ; //DAC1 输出缓存关闭 DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType); //初始化 DAC 通道 1

4）使能 DAC 转换通道初始化 DAC 之后，使能 DAC 转换通道，库函数方法是： DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); //使能 DAC1 5）设置 DAC 的输出值。通过前面 4 个步骤的设置，DAC 就可以开始工作了，如果使用 12 位右对齐数据格式，通过设置 DHR12R1，就可以在 DAC 输出引脚（PA4）得到不同的电压值了。库函数的函数是： DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0); 第一个参数设置对齐方式，可以为 12 位右对齐 DAC_Align_12b_R，12 位左对齐DAC_Align_12b_L 以及 8 位右对齐DAC_Align_8b_R 方式。第二个参数就是 DAC 的输入值了，初始化设置为 0。读出 DAC 的数值，函数是： DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1); 8、程序： dac.c

#include "dac.h" //DAC 通道 1 输出初始化 void Dac1_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; DAC_InitTypeDef DAC_InitType; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE ); //①使能 PA 时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE ); //②使能 DAC 时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; // 端口配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //①初始化 GPIOA GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4) ; //PA.4 输出高 DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None; //不使用触发功能 DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;//不使用波形发生 DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0; DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ; //DAC1 输出缓存关 DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType); //③初始化 DAC 通道 1 DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); //④使能 DAC1 DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0); //⑤12 位右对齐,设置 DAC 初始值 } //设置通道 1 输出电压 //vol:0~3300,代表 0~3.3V void Dac1_Set_Vol(u16 vol) { float temp=vol; temp/=1000; temp=temp*4096/3.3; DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp);// 12 位右对齐设置 DAC 值 }

main.c

int main(void) { u16 adcx; float temp; u8 t=0; u16 dacval=0; u8 key; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置 NVIC 中断分组 2 uart_init(115200); //串口初始化波特率为 115200 KEY_Init(); //初始化按键程序 LED_Init(); //LED 端口初始化 LCD_Init(); //LCD 初始化 usmart_dev.init(72); //初始化 USMART Adc_Init(); //ADC 初始化 Dac1_Init(); //DAC 初始化 POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"ELITE STM32"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"DAC TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/15"); LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"WK_UP:+ KEY1:-"); //显示提示信息 POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"DAC VAL:"); LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"DAC VOL:0.000V"); LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"ADC VOL:0.000V"); DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0); //初始值为 0 while(1) { t++; key=KEY_Scan(0); if(key== WKUP_PRES) { if(dacval adcx=DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1); //读取前面设置 DAC 的值 LCD_ShowxNum(124,150,adcx,4,16,0); //显示 DAC 寄存器值 temp=(float)adcx*(3.3/4096); //得到 DAC 电压值 adcx=temp; LCD_ShowxNum(124,170,temp,1,16,0); //显示电压值整数部分 temp-=adcx; temp*=1000; LCD_ShowxNum(140,170,temp,3,16,0X80); //显示电压值的小数部分 adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10); //得到 ADC 转换值 temp=(float)adcx*(3.3/4096); //得到 ADC 电压值 adcx=temp; LCD_ShowxNum(124,190,temp,1,16,0); //显示电压值整数部分 temp-=adcx; temp*=1000; LCD_ShowxNum(140,190,temp,3,16,0X80); //显示电压值的小数部分 LED0=!LED0; t=0; } delay_ms(10); } } 第二部分：51单片机

1、DAC0832内部结构及引脚在这里插入图片描述 2、DAC0832引脚的说明

51单片机部分参考文章链接

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