【正点原子探索者STM32F407开发板例程连载+教学】第26章 DAC数模转换实验

Admin · 发表于 2014-12-6 16:57:04

第二十六章 DAC实验

[mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板 2.软件平台：MDK5.1 3.固件库版本：V1.4.0 [/mw_shl_code]

上几章，我们介绍了STM32F4的ADC使用，本章我们将向大家介绍STM32F4的DAC功能。在本章中，我们将利用按键（或USMART）控制STM32F4内部DAC1来输出电压，通过ADC1的通道5采集DAC的输出电压，在LCD模块上面显示ADC获取到的电压值以及DAC的设定输出电压值等信息。本章将分为如下几个部分：

26.1 STM32F4 DAC简介

26.2 硬件设计

26.3 软件设计

26.4 下载验证

26.1 STM32F4 DAC简介

STM32F4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+（通ADC共用）以获得更精确的转换结果。

STM32F4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

单个DAC通道的框图如图26.1.1所示：

图26.1.1 DAC通道模块框图

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（对应PA4或者PA5引脚）。

从图26.1.1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，STM32F4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（实际存入DHRx[11:0]位）。

我们本章使用的就是单DAC通道1，采用12位右对齐格式，所以采用第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STM32F407ZGT6的数据手册查到的典型值为3us，最大是6us。所以DAC的转换速度最快是333K左右。

本章我们将不使用硬件触发（TEN=0），其转换的时间框图如图26.1.2所示：

图26.1.2 TEN=0时DAC模块转换时间框图

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）

接下来，我们介绍一下要实现DAC的通道1输出，需要用到的一些寄存器。首先是DAC控制寄存器DAC_CR，该寄存器的各位描述如图26.1.3所示：

图26.1.3 寄存器DAC_CR各位描述

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，如图26.1.4所示：

图26.1.4 寄存器DAC_CR低八位详细描述

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，本章我们就是用的DAC通道1，所以该位设置为1。

再看关闭DAC通道1输出缓存控制位（BOFF1），这里STM32F4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。所以本章我们不使用输出缓存。即设置该位为1。

DAC通道1触发使能位（TEN1），该位用来控制是否使用触发，里我们不使用触发，所以设置该位为0。

DAC通道1触发选择位（TSEL1[2:0]），这里我们没用到外部触发，所以设置这几个位为0就行了。

DAC通道1噪声/三角波生成使能位（WAVE1[1:0]），这里我们同样没用到波形发生器，故也设置为0即可。

DAC通道1屏蔽/复制选择器（MAMP[3:0]），这些位仅在使用了波形发生器的时候有用，本章没有用到波形发生器，故设置为0就可以了。

最后是DAC通道1 DMA使能位（DMAEN1），本章我们没有用到DMA功能，故还是设置为0。

通道2的情况和通道1一模一样，这里就不不细说了。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输出通道得到你想要的电压了（对应IO口设置为模拟输入）。本章，我们用的是DAC通道1的12位右对齐数据保持寄存器：DAC_DHR12R1，该寄存器各位描述如图26.1.5所示：

图26.1.5 寄存器DAC_DHR12R1各位描述

该寄存器用来设置DAC输出，通过写入12位数据到该寄存器，就可以在DAC输出通道1（PA4）得到我们所要的结果。

通过以上介绍，我们了解了STM32F4实现DAC输出的相关设置，本章我们将使用DAC模块的通道1来输出模拟电压。这里我们用到的库函数以及相关定义分布在文件stm32f4xx_dac.c以及头文件stm32f4xx_dac.h中。实现上面功能的详细设置步骤如下：

1）开启PA口时钟，设置PA4为模拟输入。

STM32F407ZGT6的DAC通道1是接在PA4上的，所以，我们先要使能GPIOA的时钟，然后设置PA4为模拟输入。

这里需要特别说明一下，虽然DAC引脚设置为输入，但是STM32F4内部会连接在DAC模拟输出上,这在我们引脚复用映射章节有讲解。

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);//使能GPIOA时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;//下拉

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化

对于DAC通道与引脚对应关系，这在STM32F4的数据手册引脚表上有列出，如下图：

图26.1.6 DAC通道引脚对应关系

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。STM32F4的DAC模块时钟是由APB1提供的，所以我们先要在通过调用函数RCC_APB1PeriphClockCmd来使能DAC1时钟。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);//使能DAC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DAC初始化是通过函数DAC_Init完成的：

void DAC_Init(uint32_t DAC_Channel, DAC_InitTypeDef* DAC_InitStruct);

跟前面一样，首先我们来看看参数设置结构体类型DAC_InitTypeDef的定义：

typedef struct

{

uint32_t DAC_Trigger;

uint32_t DAC_WaveGeneration;

uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude;

uint32_t DAC_OutputBuffer;

}DAC_InitTypeDef;

这个结构体的定义还是比较简单的，只有四个成员变量，下面我们一一讲解。

第一个参数DAC_Trigger用来设置是否使用触发功能，前面已经讲解过这个的含义，这里我们不是用触发功能，所以值为DAC_Trigger_None。

第二个参数DAC_WaveGeneratio用来设置是否使用波形发生，这里我们前面同样讲解过不使用。所以值为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，这里我们设置为0即可，值为DAC_LFSRUnmask_Bit0。

第四个参数DAC_OutputBuffer是用来设置输出缓存控制位，前面讲解过，我们不使用输出缓存，所以值为DAC_OutputBuffer_Disable。到此四个参数设置完毕。看看我们的实例代码：

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，理所当然要使能DAC转换通道，库函数方法是：

DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); //使能DAC通道1

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，我们使用12位右对齐数据格式，所以我们通过设置DHR12R1，就可以在DAC输出引脚（PA4）得到不同的电压值了。设置DHR12R1的库函数是：

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0); //12位右对齐数据格式设置DAC值

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，这个很好理解，初始化设置为0。

这里，还可以读出DAC对应通道最后一次转换的数值，函数是：

DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1);

设置和读出一一对应很好理解，这里就不多讲解了。

最后，再提醒一下大家，本例程，我们使用的是3.3V的参考电压，即Vref+连接VDDA。

通过以上几个步骤的设置，我们就能正常的使用STM32F4的DAC通道1来输出不同的模拟电压了。

26.2 硬件设计

本章用到的硬件资源有：

1）指示灯DS0

2） KEY_UP和KEY1按键

3）串口

4） TFTLCD模块

5） ADC

6） DAC

本章，我们使用DAC通道1输出模拟电压，然后通过ADC1的通道1对该输出电压进行读取，并显示在LCD模块上面，DAC的输出电压，我们通过按键（或USMART）进行设置。

我们需要用到ADC采集DAC的输出电压，所以需要在硬件上把他们短接起来。ADC和DAC的连接原理图如图26.2.1所示：

图26.2.1 ADC、DAC与STM32F4连接原理图

P12是多功能端口，我们只需要通过跳线帽短接P14的ADC和DAC，就可以开始做本章实验了。如图26.2.2所示：

图26.2.2 硬件连接示意图

26.3 软件设计

打开本章实验工程可以发现，我们相比ADC实验，在库函数中主要是添加了dac支持的相关文件stm32f4xx_dac.c以及包含头文件stm32f4xx_dac.h。同时我们在HARDWARE分组下面新建了dac.c源文件以及包含对应的头文件dac.h。这两个文件用来存放我们编写的ADC相关函数和定义。打开dac.c，代码如下：

//DAC通道1输出初始化

void Dac1_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

DAC_InitTypeDef DAC_InitType;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_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;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;//下拉

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//①初始化GPIO

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;

//屏蔽、幅值设置

DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ;/输出缓存关闭

DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType); //③初始化DAC通道1

DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); //④使能DAC通道1

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0); //⑤12位右对齐数据格式

}

//设置通道1输出电压

//vol:0~3300,代表0~3.3V

void Dac1_Set_Vol(u16 vol)

{

double temp=vol;

temp/=1000;

temp=temp*4096/3.3;

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp);//12位右对齐数据格式}

此部分代码就2个函数，Dac1_Init函数用于初始化DAC通道1。这里基本上是按我们上面的步骤来初始化的，我们用序号①~⑤已经标示这些步骤。经过这个初始化之后，我们就可以正常使用DAC通道1了。第二个函数Dac1_Set_Vol，用于设置DAC通道1的输出电压，实际就是将电压值转换为DAC输入值。

其他头文件代码就比较简单，这里我们不做过多讲解，接下来我们来看看主函数代码：

int main(void)

{

u16 adcx;

float temp;

u8 t=0, key;

u16 dacval=0;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2

delay_init(168); //初始化延时函数

uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200

LED_Init(); //初始化LED

LCD_Init(); //LCD初始化

Adc_Init(); //adc初始化

KEY_Init(); //按键初始化

Dac1_Init(); //DAC通道1初始化

POINT_COLOR=RED;

LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");

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,"2014/5/6");

LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"WK_UP:+ KEY1:-");

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"DAC VAL:");

LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"DAC VOL:0.000V");

LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"ADC VOL:0.000V");

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,dacval);//初始值为0

while(1)

{

t++;

key=KEY_Scan(0);

if(key==WKUP_PRES)

{

if(dacval<4000)dacval+=200;

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, dacval);//设置DAC值

}else if(key==2)

{

if(dacval>200)dacval-=200;

else dacval=0;

DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, dacval);//设置DAC值

}

if(t==10||key==KEY1_PRES||key==WKUP_PRES)

//WKUP/KEY1按下了,或者定时时间到了

{

adcx=DAC_GetDataOutputValue(DAC_Channel_1);//读取前面设置DAC的值

LCD_ShowxNum(94,150,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(94,170,temp,1,16,0); //显示电压值整数部分

temp-=adcx;

temp*=1000;

LCD_ShowxNum(110,170,temp,3,16,0X80); //显示电压值的小数部分

adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_5,10); //得到ADC转换值

temp=(float)adcx*(3.3/4096); //得到ADC电压值

adcx=temp;

LCD_ShowxNum(94,190,temp,1,16,0); //显示电压值整数部分

temp-=adcx;

temp*=1000;

LCD_ShowxNum(110,190,temp,3,16,0X80); //显示电压值的小数部分

LED0=!LED0;

t=0;

}

delay_ms(10);

}

此部分代码，我们先对需要用到的模块进行初始化，然后显示一些提示信息，本章我们通过KEY_UP（WKUP按键）和KEY1（也就是上下键）来实现对DAC输出的幅值控制。按下KEY_UP增加，按KEY1减小。同时在LCD上面显示DHR12R1寄存器的值、DAC设计输出电压以及ADC采集到的DAC输出电压。