原创 【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第二十四章 DAC实验

第二十四章 DAC实验

        上两章，我们介绍了STM32的ADC使用，本章我们将向大家介绍STM32的DAC功能。在本章中，我们将利用按键（或USMART）控制STM32内部DAC模块的通道1来输出电压，通过ADC1的通道1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：

24.1 STM32 DAC简介

24.2 硬件设计

24.3 软件设计

24.4 下载验证

24.1 STM32 DAC简介

        大容量的STM32F103具有内部DAC，战舰STM32选择的是STM32F103ZET6属于大容量产品，所以是带有DAC模块的。

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。

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

单个DAC通道的框图如图24.1.1所示：

图24.1.1 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24.1.1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，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）。

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STM32F103ZET6的数据手册查到的典型值为3us，最大是4us。所以DAC的转换速度最快是250K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24.1.2所示：
 

图24.1.2 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24.1.3所示：

图24.1.3 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24.1.4所示：

图24.1.4 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。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24.1.5所示：

图24.1.5 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STM32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，其详细设置步骤如下：

1）开启PA口时钟，设置PA4为模拟输入。

STM32F103ZET6的DAC通道1是接在PA4上的，所以，我们先要使能PORTA的时钟，然后设置PA4为模拟输入（虽然是输入，但是STM32内部会连接在DAC模拟输出上）。

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，所以我们先要在APB1ENR寄存器里面设置DAC模块的时钟使能。

3）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。   

4）设置DAC的输出值。

通过前面3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。

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STM32的DAC通道1来输出不同的模拟电压了。

24.2 硬件设计

本章用到的硬件资源有：

1）  指示灯DS0

2）  WK_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24.2.1所示：

图24.2.1 ADC、DAC与STM32连接原理图

       P14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24.2.2所示：

图24.2.2 硬件连接示意图
24.3 软件设计

找到上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个DAC的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个dac.c的文件和dac.h的头文件，保存在DAC文件夹下，并将DAC文件夹加入头文件包含路径。

打开dac.c，输入如下代码：

#include "dac.h"

//DAC通道1输出初始化

void Dac1_Init(void)

{

       RCC->APB2ENR|=1<<2;    //使能PORTA时钟           

       RCC->APB1ENR|=1<<29;   //使能DAC时钟         

       GPIOA->CRL&=0XFFF0FFFF;

       GPIOA->CRL|=0X00000000;//PA4 模拟输入      

       DAC->CR|=1<<0;  //使能DAC1

       DAC->CR|=1<<1;  //DAC1输出缓存不使能 BOFF1=1

       DAC->CR|=0<<2;  //不使用触发功能 TEN1=0

       DAC->CR|=0<<3;  //DAC TIM6 TRGO,不过要TEN1=1才行

       DAC->CR|=0<<6;  //不使用波形发生

       DAC->CR|=0<<8;  //屏蔽、幅值设置

       DAC->CR|=0<<12;       //DAC1 DMA不使能   

       DAC->DHR12R1=0;

}

//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->DHR12R1=temp;

}

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，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，通过USMART调用该函数，就可以随意设置DAC通道1的输出电压了。

保存dac.c代码，并将该代码加入HARDWARE组下。接下来在dac.h文件里面输入如下代码：

#ifndef __DAC_H

#define __DAC_H  

#include "sys.h"         

void Dac1_Init(void);           //DAC通道1初始化         

void Dac1_Set_Vol(u16 vol); //设置通道1输出电压

#endif

该部分代码很简单，这里我们就不多说了。接下来我们在test.c里面，修改main函数如下：

int main(void)

{     

       u16 adcx;

       float temp;

      u8 t=0;   

       u16 dacval=0;

       u8 key;

      Stm32_Clock_Init(9);    //系统时钟设置

       uart_init(72,9600);      //串口初始化为9600

       delay_init(72);                  //延时初始化

       LED_Init();                 //初始化与LED连接的硬件接口

      LCD_Init();                  //初始化LCD

       usmart_dev.init(72);      //初始化USMART        

       KEY_Init();                  //按键初始化              

      Adc_Init();                   //ADC初始化

       Dac1_Init();                //DAC通道1初始化      

       POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色

       LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");   

       LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"DAC TEST");     

       LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

       LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/8");      

       LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WKUP:+  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->DHR12R1=dacval;//初始值为0                        

       while(1)

       {

              ......//省略部分代码         

              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WK_UP和KEY1（也就是上下键）来实现对DAC输出的幅值控制。按下WK_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。

本章，我们还可以利用USMART来设置DAC的输出电压值，故需要将Dac1_Set_Vol函数加入USMART控制，方法前面已经有详细的介绍了，大家这里自行添加，或者直接查看我们光盘的源码。

从main函数代码可以看出，按键设置输出电压的时候，每次都是以0.161V递增或递减的，而通过USMART调用Dac1_Set_Vol函数，则可以实现任意电平输出控制（当然得在DAC可控范围内）。

24.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，可以看到LCD显示如图24.4.1所示：

图24.4.1 DAC实验测试图

同时伴随DS0的不停闪烁，提示程序在运行。此时，我们通过按WK_UP按键，可以看到输出电压增大，按KEY1则变小。

大家可以试试在USMART调用Dac1_Set_Vol函数，来设置DAC通道1的输出电压，如图24.4.2所示：

图24.4.2 通过usmart设置DAC通道1的电压输出