《M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版》第三十九章 DAC输出正弦波实验

正点原子运营

第三十九章 DAC输出正弦波实验

1）实验平台：正点原子 M144Z-M3 STM32F103最小系统板

2) 章节摘自【正点原子】M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?&id=609293737870

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boar ... _mini_sysboard.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子STM32技术交流QQ群:725095144

本章将使用TIM7的更新事件用于TRGO触发DAC Channel1输出DMA1 Stream5 Channel7从使用软件算法生成的正弦波数据，以输出正弦波。通过本章的学习，读者将学习到DAC、TIM、DMA的使用。

本章分为如下几个小节：

39.1 硬件设计

39.2 程序设计

39.3 下载验证

39.1 硬件设计

39.1.1 例程功能

1. 按下WKUP按键，PA4引脚输出正弦波1（幅值3.3V，频率1KHz，采样点100）

2. 按下KEY0按键，PA4引脚输出正弦波2（幅值3.3V，频率10KHz，采样点10）

3. LED0闪烁，提示程序正在运行

39.1.2 硬件资源

1. LED

       LED0 - PB5

2. 正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块

3. 按键

       WKUP - PA0

       KEY0 - PE4

4. DAC

       Channel1 - PA4

5. DMA1

       Stream5 Channel7

6. TIM7

39.1.3 原理图

本章实验使用的DAC为STM32F103的片上资源，因此没有对应的连接原理图。

39.2 程序设计

39.2.1 HAL库的TIM驱动

本章实验中将使用TIM7的更新事件产生TRGO事件，该TRGO事件将用于触发DAC，其具体的步骤如下：

①：初始化TIM

②：配置TIM主模式

在HAL库中对应的驱动函数如下：

①：初始化TIM

请见第16.2.1小节中初始化TIM的相关章节。

②：配置TIM主模式

该函数用于配置TIM的主模式，其函数原型如下所示：

1. HAL_StatusTypeDefHAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(
   
2.                                          TIM_HandleTypeDef*htim,
   
3.                                          TIM_MasterConfigTypeDef*sMasterConfig);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表39.2.1.1 函数HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表39.2.1.2 函数HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization()返回值描述

该函数使用TIM_MasterConfigTypeDef类型结构体指针传入了TIM主模式的配置参数，该结构体的定义如下所示：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_tMasterOutputTrigger;   /* 触发输出选择 */
   
4.     uint32_t MasterSlaveMode;       /* 主从模式 */
   
5. }TIM_MasterConfigTypeDef;

复制代码

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include"stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     TIM_MasterConfigTypeDef config = {0};
   
5.    
   
6.     /* 配置TIM主模式 */
   
7.     config.MasterOutputTrigger= TIM_TRGO_RESET;
   
8.     config.MasterSlaveMode =TIM_MASTERSLAVEMODE_ENABLE;
   
9.    HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&tim_handle, &config);
   
10. }

复制代码

39.2.2 HAL库的DAC驱动

本章实验与第四十章一样，使用DAC通道1（PA4引脚）输出电压，不同之处在于，本章使用使用DMA自动将DAC通道1待输出的数据写入DAC的数据保持寄存器，以输出正弦波。其中对DAC的操作请见第四十章中HAL库的DAC驱动的相关内容，本小节仅介绍DAC使用DMA的相关步骤，其具体的步骤如下：

①：开启DAC DMA转换

在HAL库中对应的驱动函数如下：

①：开启DAC DMA转换

该函数用于开启DAC DMA转换，其函数原型如下所示：

1. HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(   DAC_HandleTypeDef *hdac,
   
2.                                          uint32_t Channel,
   
3.                                          uint32_t *pData,
   
4.                                          uint32_t Length,
   
5.                                          uint32_t Alignment);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表39.2.2.1 函数()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表39.2.2.2 函数()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include"stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     uint16_t buf;
   
5.    
   
6.     /* 开启DAC DMA传输 */
   
7.     HAL_DAC_Start_DMA(&dac_handle,
   
8.     DAC_CHANNEL_1,
   
9.     buf,
   
10.     sizeof(buf) / sizeof(buf),
    
11.     DAC_ALIGN_12B_R);
    
12. }

复制代码

39.2.3DAC驱动

本章实验的DAC驱动主要负责向应用层提供DAC的初始化和使能DAC输出指定幅值、频率的正弦波。本章实验中，DAC的驱动代码包括dac.c和dac.h两个文件。

DAC驱动中，DAC的初始化函数，如下所示：

1. /**
   
2. *@brief   初始化DAC DMA波形输出
   
3. *@param   无
   
4. *@retval  无
   
5. */
   
6. voiddac_dma_wave_init(void)
   
7. {
   
8.     /* 配置DAC */
   
9.    g_dac_dma_handle.Instance = DAC_DMA_DACX;
   
10.    HAL_DAC_Init(&g_dac_dma_handle);
    
11. }
    
12. /**
    
13. *@brief   HAL库DAC初始化MSP函数
    
14. *@param   hdac: DAC句柄
    
15. *@retval  无
    
16. */
    
17. voidHAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef*hdac)
    
18. {
    
19.    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
    
20.    DAC_ChannelConfTypeDef dac_channel_conf_struct = {0};
    
21.    TIM_MasterConfigTypeDef tim_master_config_struct = {0};
    
22.    
    
23.     if (hdac->Instance == DAC_DMA_DACX)
    
24.     {
    
25.          DAC_DMA_DACX_CLK_ENABLE();
    
26.          DAC_DMA_DACX_CHY_GPIO_CLK_ENABLE();
    
27.          DAC_DMA_DACX_DMA_CLK_ENABLE();
    
28.          DAC_DMA_DACX_TIMX_CLK_ENABLE();
    
29.          
    
30.          /* 配置DAC输出引脚 */
    
31.          gpio_init_struct.Pin = DAC_DMA_DACX_CHY_GPIO_PIN;
    
32.          gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    
33.          gpio_init_struct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
34.          gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
35.          HAL_GPIO_Init(DAC_DMA_DACX_CHY_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    
36.          
    
37.          /* 配置DAC通道 */
    
38.          dac_channel_conf_struct.DAC_Trigger =DAC_TRIGGER_T7_TRGO;
    
39.          dac_channel_conf_struct.DAC_OutputBuffer =DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;
    
40.          HAL_DAC_ConfigChannel(hdac, &dac_channel_conf_struct, DAC_DMA_DACX_CHY);
    
41.          
    
42.          /* 配置DMA */
    
43.          g_dac_dma_dma_handle.Instance = DAC_DMA_DACX_DMACX;
    
44.          g_dac_dma_dma_handle.Init.Direction =DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    
45.          g_dac_dma_dma_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    
46.          g_dac_dma_dma_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    
47.          g_dac_dma_dma_handle.Init.PeriphDataAlignment=DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
    
48.          g_dac_dma_dma_handle.Init.MemDataAlignment =DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
    
49.          g_dac_dma_dma_handle.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
    
50.          g_dac_dma_dma_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_VERY_HIGH;
    
51.          HAL_DMA_Init(&g_dac_dma_dma_handle);
    
52.          
    
53.          __HAL_LINKDMA(hdac, DMA_Handle1, g_dac_dma_dma_handle);
    
54.          
    
55.          HAL_NVIC_SetPriority(DAC_DMA_DACX_DMACX_IRQn, 0, 0);
    
56.          HAL_NVIC_EnableIRQ(DAC_DMA_DACX_DMACX_IRQn);
    
57.          
    
58.          /* 配置TIM */
    
59.          g_dac_dma_tim_handle.Instance = DAC_DMA_DACX_TIMX;
    
60.          HAL_TIM_Base_Init(&g_dac_dma_tim_handle);
    
61.          
    
62.          tim_master_config_struct.MasterOutputTrigger=TIM_TRGO_UPDATE;
    
63.          HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization( &g_dac_dma_tim_handle,
    
64.                                                  &tim_master_config_struct);
    
65.     }
    
66. }

复制代码

可以看到本章实验DAC驱动中的DAC初始化函数与第三十九章“DAC输出实验”中对DAC的初始化基本一致，不过本章配置DAC Channel1的触发源为TIM7的TRGO事件，同时还配置了DMA。

DAC驱动中使能DAC输出指定幅值、频率的正弦波的函数，如下所示：

1. /**
   
2. *@brief   使能DAC DMA波形输出
   
3. *@param   ndtr: DMA数据流传输一次数据项的数目
   
4. *@param   arr: DAC触发定时器的自动重装载值
   
5. *@param   psc: DAC触发定时器的预分频器数值
   
6. *@retval  无
   
7. */
   
8. voiddac_dma_wave_enable(uint16_t ndtr, uint16_t arr, uint16_t psc)
   
9. {
   
10.     /* 配置TIM */
    
11.    g_dac_dma_tim_handle.Init.Prescaler = psc;
    
12.    g_dac_dma_tim_handle.Init.Period = arr;
    
13.    HAL_TIM_Base_Init(&g_dac_dma_tim_handle);
    
14.    HAL_TIM_Base_Start(&g_dac_dma_tim_handle);
    
15.    
    
16.     /* 重新开启DAC DMA传输 */
    
17.    HAL_DAC_Stop_DMA(&g_dac_dma_handle, DAC_DMA_DACX_CHY);
    
18.    HAL_DAC_Start_DMA(  &g_dac_dma_handle,
    
19.                          DAC_DMA_DACX_CHY,
    
20.                          (uint32_t *)g_dac_sin_buf,
    
21.                          ndtr,
    
22.                          DAC_ALIGN_12B_R);
    
23. }

复制代码

该函数配置了TIM7的溢出频率，因此TIM7的溢出频率就决定了DAC输出正弦波的频率，同时也开启了DAC DMA传输。

39.2.4 实验应用代码

本章实验的应用代码，如下所示：

1. /* 正弦波数据缓冲区 */
   
2. uint16_t g_dac_sin_buf[4096];
   
3. /**
   
4. *@brief   生成正弦数据
   
5. *@param   maxval : 正弦的振幅
   
6. *@param   samples: 正弦一个周期的采样点个数
   
7. *@retval  无
   
8. */
   
9. static voiddac_creat_sin_buf(uint16_t maxval, uint16_t samples)
   
10. {
    
11.     uint16_t i;
    
12.     double w;
    
13.     uint16_t outdata;
    
14.    
    
15.     w = (2 * 3.1415926) / samples;                      /* ω=2π/T */
    
16.    
    
17.     for (i=0; i<samples; i++)
    
18.     {
    
19.          outdata = maxval * sin(w * i + 0) + maxval;    /* y=Asin(ωx+φ)+b */
    
20.          if (outdata > 4095)                            /* 限制上限 */
    
21.          {
    
22.              outdata = 4095;
    
23.          }
    
24.          g_dac_sin_buf = outdata;
    
25.     }
    
26. }
    
27. int main(void)
    
28. {
    
29.     uint8_t t = 0;
    
30.     uint8_t key;
    
31.    
    
32.    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
    
33.    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 配置时钟，72MHz */
    
34.    delay_init(72);                         /* 初始化延时 */
    
35.    usart_init(115200);                     /* 初始化串口 */
    
36.    led_init();                             /* 初始化LED */
    
37.    key_init();                             /* 初始化按键 */
    
38.    lcd_init();                             /* 初始化LCD */
    
39.    dac_dma_wave_init();                        /* 初始化DAC DMA波形输出 */
    
40.    dac_creat_sin_buf(2048 - 1, 100);           /* 生成正弦数据 */
    
41.    dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 72 - 1);  /* 使能DAC DMA波形输出 */
    
42.    
    
43.    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    
44.    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DAC DMASine Wave TEST", RED);
    
45.    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
46.    
    
47.    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "WK_UP:Wave1KEY0:Wave2", RED);
    
48.    
    
49.     while (1)
    
50.     {
    
51.          key = key_scan(0);
    
52.          if (key == WKUP_PRES)
    
53.          {
    
54.              /* 生成正弦数据 */
    
55.              dac_creat_sin_buf(2048 - 1, 100);
    
56.              /* 使能DAC DMA波形输出 */
    
57.              dac_dma_wave_enable(100, 10 - 1, 72 - 1);
    
58.          }
    
59.          else if (key == KEY0_PRES)
    
60.          {
    
61.              /* 生成正弦数据 */
    
62.              dac_creat_sin_buf(2048 - 1, 10);
    
63.              /* 使能DAC DMA波形输出 */
    
64.              dac_dma_wave_enable(10, 10 - 1, 72 - 1);
    
65.          }
    
66.          
    
67.          if (++t == 20)
    
68.          {
    
69.              t = 0;
    
70.              LED0_TOGGLE();
    
71.          }
    
72.          
    
73.          delay_ms(10);
    
74.     }
    
75. }

复制代码

可以看到，在实验应用代码中，定义了函数dac_creat_sin_buf()，该函数用于生成正弦波数据，并保存至数组g_dac_sin_buf中。在完成DAC初始化后，便生成了一组正弦波数据，并调用函数dac_dma_wave_enable()使能DAC Channel1输出指定的正弦波，随后便通过扫描到的不同按键值，输出不同频率的正弦波。

39.3 下载验证

在完成编译和烧录操作后，便可分别按下KEY0按键和WKUP按键控制DAC Channel1输出不同类型的正弦波，DAC Channel1输出的正弦波可通过示波器观察PA4引脚（DAC Channel1输出引脚）看到。