STM32 DAC詳解

上一篇介紹了《STM32ADC詳解》，既然有模擬轉數字的ADC模塊，那么就必然有數字轉模擬的DAC模塊。顧名思義，該模塊僅具有ADC的補充功能。它將數字二進制值轉換為模擬電壓輸出。DAC模塊具有多種用途，包括音頻生成，波形生成等。通常在大多數8位微控制器中，此模塊不可用，並且通過脈寬調制（PWM）可以稍微滿足其需求。部分原因是由於它們的硬件資源和運行速度相對較低。所有STM32單片機都具有PWM模塊，但大容量STM32也具有DAC模塊。STM32DAC模塊不是很復雜，並且在工作原理方面與ADC模塊相似。

01、DAC簡介

從STM32F207數據手冊看到，STM32F207具有兩個DAC模塊。

每個DAC具有獨立的通道，對應的GPIO分別為：PA4和PA5。對於GPIO的復用功能（Alternatefunctions）和附加功能（Additionalfunctions），在《STM32ADC詳解》有詳細講解。

除了DAC輸出的管腳，還有其他相關引腳

注意：使能DAC 通道x 后，相應GPIO 引腳（PA4 或PA5）將自動連接到模擬轉換器輸出(DAC_OUTx)。為了避免寄生電流消耗，應首先將PA4 或PA5 引腳配置為模擬模式(AIN)。

下面的簡化框圖顯示了STM32DAC模塊的主要組件。

02、DAC轉換

由框圖可以看出，DAC受DORx寄存器直接控制的，但是不能直接往DORx寄存器寫入數據，而是通過DHRx間接地傳給DORx寄存器，實現對DAC的輸出控制。

不能直接對寄存器DAC_DORx寫入數據，任何輸出到DAC通道x的數據都必須寫入DAC_DHRx寄存器（數據實際寫入DAC_DHR8Rx、DAC_DHR12Lx、DAC_DHR12Rx、DAC_DHR8RD、DAC_DHR12LD、或者DAC_DHR12RD寄存器）。

1. 如果沒有選中硬件觸發（寄存器DAC_CR1的TENx位置0），存入寄存器DAC_DHRx的數據會在一個APB1時鍾周期后自動傳至寄存器DAC_DORx；

2. 如果選中硬件觸發（寄存器DAC_CR1的TENx位置1），數據傳輸在觸發發生以后3個APB1時鍾周期后完成。

一旦數據從DAC_DHRx寄存器裝入DAC_DORx寄存器，在經過時間tSETTLING之后，輸出即有效，這段時間的長短依電源電壓和模擬輸出負載的不同會有所變化。

DAC控制寄存器(DAC_CR)

     DMAEN1：DAC通道1DMA使能(DAC channel1 DMA enable)，我們不使用DMA，故設置為0

     MAMP1[3:0]：DAC通道1屏蔽/幅值選擇器(DAC channel1 mask/amplitude selector)我們沒有用到故這幾位也設置為0

     WAVE1[1:0]：DAC通道1噪聲/三角波生成使能(DAC channel1 noise/triangle wave generationenable)我們也沒用到故也設置為0

     TEN1：DAC通道1觸發使能(DAC channel1 trigger enable)我們不用觸發，所以設置為0

     TSEL1[2:0]：DAC通道1觸發選擇(DAC channel1 trigger selection)注意：該位只能在TEN1=1(DAC通道1觸發使能)時設置。我們TEN1設為0，所以這幾位就不用設置，默認為0

     BOFF1：關閉DAC通道1輸出緩存(DAC channel1 output buffer disable)我們關閉輸出緩沖故設置為1

     EN1：DAC通道1使能(DAC channel1 enable)我們要使能DAC通道、故設置為1。

03、功能說明

STM32的DAC等效電路如下

該電路中顯示的輸出緩沖器在內部3.3V電源上運行。與大多數運放在單電源（而不是+/-雙電源）上運行一樣，輸出擺幅永遠不會真正達到目標。但是，如電路所示，有兩個內部開關（S1和S2）可通過寄存器控制。將它們都打開將通過兩個串聯的電阻（Ra和Rb）將“DACINT”信號直接連接到“DACOUT”引腳。作為參考，Ra+ Rb約為15k。

 

根據選擇的配置模式，數據按照下文所述寫入指定的寄存器：

單DAC通道x，有3種情況：

1. 8位數據右對齊：用戶須將數據寫入寄存器DAC_DHR8Rx[7:0]位（實際是存入寄存器DHRx[11:4]位）；

2. 12位數據左對齊：用戶須將數據寫入寄存器DAC_DHR12Lx[15:4]位（實際是存入寄存器DHRx[11:0]位）；

3. 12位數據右對齊：用戶須將數據寫入寄存器DAC_DHR12Rx[11:0]位（實際是存入寄存器DHRx[11:0]位）。

一般采用第三種方式：12位數據右對齊比較多。

根據對DAC_DHRyyyx寄存器的操作，經過相應的移位后，寫入的數據被轉存到DHRx寄存器中（DHRx是內部的數據保存寄存器x）。隨后，DHRx寄存器的內容或被自動地傳送到DORx寄存器，或通過軟件觸發或外部事件觸發被傳送到DORx寄存器。

雙DAC通道，有3種情況：

1. 8位數據右對齊：用戶須將DAC通道1數據寫入寄存器DAC_DHR8RD[7:0]位（實際是存入寄存器DHR1[11:4]位），將DAC通道2數據寫入寄存器DAC_DHR8RD[15:8]位（實際是存入寄存器DHR2[11:4]位）；

2. 12位數據左對齊：用戶須將DAC通道1數據寫入寄存器DAC_DHR12LD[15:4]位（實際是存入寄存器DHR1[11:0]位），將DAC通道2數據寫入寄存器DAC_DHR12LD[31:20]位（實際是存入寄存器DHR2[11:0]位）；

3. 12位數據右對齊：用戶須將DAC通道1數據寫入寄存器DAC_DHR12RD[11:0]位（實際是存入寄存器DHR1[11:0]位），將DAC通道2數據寫入寄存器DAC_DHR12RD[27:16]位（實際是存入寄存器DHR2[11:0]位）。

04、DAC輸出電壓

當DAC的參考電壓位VREF+的時候，數字輸入經過DAC被線性地轉換為模擬電壓輸出，其范圍為0到VREF+。

任一DAC通道引腳上的輸出電壓滿足下面的關系：

DAC輸出= VREF x (DOR / 4095)。

注意：此時數據格式：應該選擇12位數據右對齊。

05、代碼配置

DAC配置

void DAC1_Config(void)
{
  DAC_InitTypeDef  DAC_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  
  /* DMA1 clock and GPIOA clock enable (to be used with DAC) */
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  
  /* DAC Periph clock enable */
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
  
  /* DAC channel 1 & 2 (DAC_OUT1 = PA.4)(DAC_OUT2 = PA.5) configuration */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  
   /* DAC channel2 Configuration */
  DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;
  DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;
  DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_LFSRUnmask_Bit0;
  DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;
  DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
 
  /* Enable DAC Channel2 */
  DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
}

設置輸出電壓

//設置通道1輸出電壓
//vol:0~3300,代表0~3.3V
void Dac1_Set_Vol(uint16_t vol)
{
  double temp=vol;
  temp/=1000;
  temp=temp*4096/3.3;
  DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp);//12位右對齊數據格式設置DAC值
}

測試用例很簡單，就是反復輸出1.2V和3.0V電壓

 while (1)
  {
    GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_4);  //熄滅LED燈
    Dac1_Set_Vol(1200);
    LCD_ShowString(0,0,"DAC OUT 1.2V");
    Delay(500);                      //延時500ms
    GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_4);//點亮LED燈
    Dac1_Set_Vol(3000);
    LCD_ShowString(0,0,"DAC OUT 3.0V");
    Delay(500);                      //延時500ms
  }

下載驗證 

 

 

硬件和軟件開源地址：

https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6

 

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