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STM32學習筆記13——DAC

DAC 簡介
DAC 模組是 12 位電壓輸出數模轉換器。DAC 可以按 8 位或 12 位模式進行配置,並且可與 DMA 控制器配合使用。在 12 位模式下,資料可以採用左對齊或右對齊。DAC 有兩個輸出 通道,每個通道各有一個轉換器。在 DAC 雙通道模式下,每個通道可以單獨進行轉換;當 兩個通道組合在一起同步執行更新操作時,也可以同時進行轉換。可通過一個輸入參考電壓引腳 VREF+ (與 ADC 共享)來提高解析度。

DAC 主要特性
● 兩個 DAC 轉換器:各對應一個輸出通道
● 12 位模式下資料採用左對齊或右對齊
● 同步更新功能
● 生成噪聲波
● 生成三角波
● DAC 雙通道單獨或同時轉換
● 每個通道都具有 DMA 功能
● DMA 下溢錯誤檢測
● 通過外部觸發訊號進行轉換
● 輸入參考電壓 VREF+
DAC通道框圖


DAC引腳
DAC引腳

DAC功能說明
DAC 通道使能
將 DAC_CR 暫存器中的相應 ENx 位置 1,即可接通對應 DAC 通道。經過一段啟動時間 tWAKEUP 後,DAC 通道被真正使能。
注意:ENx 位只會使能模擬 DAC Channelx 巨集單元。即使 ENx 位復位,DAC Channelx 數字介面仍 處於使能狀態。
DAC 輸出緩衝器使能
DAC 集成了兩個輸出緩衝器,可用來降低輸出阻抗並在不增加外部運算放大器的情況下直接 驅動外部負載。通過 DAC_CR 暫存器中的相應 BOFFx 位,可使能或禁止各 DAC 通道輸出 緩衝器。
DAC 資料格式
根據所選配置模式,資料必須按如下方式寫入指定暫存器:
● 對於 DAC 單通道 x,有三種可能的方式:
— 8 位右對齊:軟體必須將資料載入到 DAC_DHR8Rx [7:0] 位(儲存到 
DHRx[11:4] 位)。
— 12 位左對齊:軟體必須將資料載入到 DAC_DHR12Lx [15:4] 位(儲存到
DHRx[11:0] 位)。
— 12 位右對齊:軟體必須將資料載入到 DAC_DHR12Rx [11:0] 位(儲存到
DHRx[11:0] 位)。
根據載入的 DAC_DHRyyyx 暫存器,使用者寫入的資料將移位並存儲到相應的 DHRx(資料保 持暫存器 x,即內部非儲存器對映暫存器)。之後,DHRx 暫存器將被自動載入,或者通過 軟體或外部事件觸發載入到 DORx 暫存器。
單通道模式暫存器資料


● 對於 DAC 雙通道,有三種可能的方式:
— 8 位右對齊:將 DAC 1 通道的資料載入到 DAC_DHR8RD [7:0] 位(儲存到
DHR1[11:4] 位),將 DAC 2 通道的資料載入到 DAC_DHR8RD [15:8] 位(儲存到
DHR2[11:4] 位)
— 12 位左對齊:將 DAC 1 通道的資料載入到 DAC_DHR12RD [15:4] 位(儲存到
DHR1[11:0] 位),將 DAC 2 通道的資料載入到 DAC_DHR12RD [31:20] 位(儲存
到 DHR2[11:0] 位)
— 12 位右對齊:將 DAC 1 通道的資料載入到 DAC_DHR12RD [11:0] 位(儲存到
DHR1[11:0] 位),將 DAC 2 通道的資料載入到 DAC_DHR12RD [27:16] 位(儲存
到 DHR2[11:0] 位)
根據載入的 DAC_DHRyyyD 暫存器,使用者寫入的資料將移位並存儲到 DHR1 和 DHR2(數 據保持暫存器,即內部非儲存器對映暫存器)。之後,DHR1 和 DHR2 暫存器將被自動加 載,或者通過軟體或外部事件觸發分別被載入到 DOR1 和 DOR2 暫存器。
DAC雙通道模式

DAC 轉換
DAC_DORx 無法直接寫入,任何資料都必須通過載入 DAC_DHRx 暫存器(寫入 DAC_DHR8Rx、DAC_DHR12Lx、DAC_DHR12Rx、DAC_DHR8RD、DAC_DHR12LD 或 DAC_DHR12LD)才能傳輸到 DAC 通道 x。
如果未選擇硬體觸發(DAC_CR 暫存器中的 TENx 位復位),那麼經過一個 APB1 時鐘周 期後,DAC_DHRx 暫存器中儲存的資料將自動轉移到 DAC_DORx 暫存器。但是,如果選 擇硬體觸發(置位 DAC_CR 暫存器中的 TENx 位)且觸發條件到來,將在三個 APB1 時鐘 週期後進行轉移。
當 DAC_DORx 載入了 DAC_DHRx 內容時,模擬輸出電壓將在一段時間 tSETTLING 後可用, 具體時間取決於電源電壓和模擬輸出負載。
TEN=0的轉換時序

DAC 輸出電壓
經過線性轉換後,數字輸入會轉換為 0 到 VREF+ 之間的輸出電壓。
各 DAC 通道引腳的模擬輸出電壓通過以下公式確定:
這裡寫圖片描述

DAC 觸發選擇
如果 TENx 控制位置 1,可通過外部事件(定時計數器、外部中斷線)觸發轉換。TSELx[2:0] 控制位將決定通過 8 個可能事件中的哪一個來觸發轉換,如表所示。
外部觸發器
每當 DAC 介面在所選定時器 TRGO 輸出或所選外部中斷線 9 上檢測到上升沿時,DAC_DHRx 暫存器中儲存的最後一個數據即會轉移到 DAC_DORx 暫存器中。發生觸發後再經過三個 APB1 週期,DAC_DORx 暫存器將會得到更新。
如果選擇軟體觸發,一旦 SWTRIG 位置 1,轉換即會開始。DAC_DHRx 暫存器內容載入到 DAC_DORx 暫存器中後,SWTRIG 即由硬體復位。
注意:ENx 位置 1 時,無法更改 TSELx[2:0] 位。
如果選擇軟體觸發,DAC_DHRx 暫存器的內容只需一個 APB1 時鐘週期即可轉移到 DAC_DORx 暫存器。

DMA 請求
每個 DAC 通道都具有 DMA 功能。兩個 DMA 通道用於處理 DAC 通道的 DMA 請求。
當 DMAENx 位置 1 時,如果發生外部觸發(而不是軟體觸發),則將產生 DAC DMA 請 求。DAC_DHRx 暫存器的值隨後轉移到 DAC_DORx 暫存器。
在雙通道模式下,如果兩個 DMAENx 位均置 1,則將產生兩個 DMA 請求。如果只需要一個 DMA 請求,應僅將相應 DMAENx 位置 1。這樣,應用程式可以在雙通道模式下通過一個 DMA 請求和一個特定 DMA 通道來管理兩個 DAC 通道。
DMA 下溢
DAC DMA 請求沒有緩衝佇列。這樣,如果第二個外部觸發到達時尚未收到第一個外部觸發 的確認,將不會發出新的請求,並且 DAC_SR 暫存器中的 DAM 通道下溢標誌 DMAUDRx 將置 1,以報告這一錯誤狀況。DMA 資料傳輸隨即禁止,並且不再處理其他 DMA 請求。 DAC 通道仍將繼續轉換舊有資料。
軟體應通過寫入“1”來將 DMAUDRx 標誌清零,將所用 DMA 資料流的 DMAEN 位清零, 並重新初始化 DMA 和 DAC 通道,以便正確地重新開始 DMA 傳輸。軟體應修改 DAC 觸發 轉換頻率或減輕 DMA 工作負載,以避免再次發生 DMA 下溢。最後,可通過使能 DMA 資料 傳輸和轉換觸發來繼續完成 DAC 轉換。
對於各 DAC 通道,如果使能 DAC_CR 暫存器中相應的 DMAUDRIEx 位,還將產生中斷。

生成噪聲
為了生成可變振幅的偽噪聲,可使用 LFSR(線性反饋移位暫存器)。將 WAVEx[1:0] 置為 “01”即可選擇生成噪聲。LFSR 中的預載入值為 0xAAA。在每次發生觸發事件後,經過三 個 APB1 時鐘週期,該暫存器會依照特定的計算演算法完成更新。
DAC LFSR暫存器計算演算法
LFSR 值可以通過 DAC_CR 暫存器中的 MAMPx[3:0] 位來部分或完全遮蔽,在不發生溢位的 情況下,該值將與 DAC_DHRx 的內容相加,然後儲存到 DAC_DORx 暫存器中。
如果 LFSR 為 0x0000,將向其注入“1”(防鎖定機制)。
可以通過復位 WAVEx[1:0] 位來將 LFSR 波形產生功能關閉。
LFSR產生波形的DAC轉換
注意:要生成噪聲,必須通過將 DAC_CR 暫存器中的 TENx 位置 1 來使能 DAC 觸發。

生成三角波
可以在直流電流或慢變訊號上疊加一個小幅三角波。將 WAVEx[1:0] 置為“10”即可選擇 DAC 生成三角波。振幅通過 DAC_CR 暫存器中的 MAMPx[3:0] 位進行配置。每次發生觸發 事件後,經過三個 APB1 時鐘週期,內部三角波計數器將會遞增。在不發生溢位的情況下, 該計數器的值將與 DAC_DHRx 暫存器內容相加,所得總和將儲存到 DAC_DORx 暫存器 中。只要小於 MAMPx[3:0] 位定義的最大振幅,三角波計數器就會一直遞增。一旦達到配置 的振幅,計數器將遞減至零,然後再遞增,以此類推。
可以通過復位 WAVEx[1:0] 位來將三角波產生功能關閉。
生成DAC三角波
生成DAC三角波
生成三角波波形的DAC轉換(使能軟體觸發)
生成三角波波形的DAC轉換

DAC 雙通道轉換
為了在同時需要兩個 DAC 通道的應用中有效利用匯流排頻寬,DAC 模組實現了三個雙暫存器: DHR8RD、DHR12RD 和 DHR12LD。這樣,只需一個暫存器訪問即可同時驅動兩個 DAC 通道。
通過兩個 DAC 通道和這三個雙暫存器可以實現 11 種轉換模式。但如果需要,所有這些轉換 模式也都可以通過單獨的 DHRx 暫存器來實現。
具體模式詳見F4參考手冊

STM32F4的DAC庫
DAC通道
STM32支援兩個DAC通道,可以使用獨立或者雙端模式。
DAC通道1使用DAC_OUT1(PA4)做為輸出
DAC通道2使用DAC_OUT2(PA5)作為輸出
DAC觸發
DAC轉換器可以通過DAC_Trigger_None配置成非觸發模式,一旦DAC_SetChannel1Data()/DAC_SetChannelData()函式寫資料到DHRx暫存器將產生DAC_OUT1/DAC_OUT2輸出。
DAC可以通過下面三種方式進行觸發
1.外部事件觸發:通過DAC_Trigger_Ext_IT9將EXTI Line 9與仍和GPIO9相連線。相應的GPIOx_Pin9必須配置成輸入模式。
2.定時器觸發:TIM2,TIM4,TIM5,TIM6,TIM7,TIM8(DAC_Trigger_T2_TRGO,DAC_Trigger_T4_TRGO…)通過函式TIM_SelectOutputTrigger()選擇定時器觸發事件。
3.通過DAC_Trigger_Software配置成軟體觸發。
DAC快取模式特性
每個DAC通道都支援DAC快取模式以減少輸出阻抗,從而不需要額外正價運算放大器來驅動外部負載。使能DAC輸出緩衝需要執行下面配置1DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer= DAC_OutputBuffer_Enable;
在使用輸出緩衝和不適用輸出換從的情況下,輸出阻抗的大小可以通過參考資料手冊獲得。
DAC生成波形
通過DAC_WaveGeneration_noise配置產生噪聲。
通過DAC_WaveGenertion_Triangle配置產生三角波。
DAC資料格式
通過DAC_Align_8b_R配置成8位資料右對齊。
通過DAC_Align_12b_L配置成12為資料左對齊。
通過DAC_Align_12b_R配置成12位資料右對齊。
DAC資料到電壓值的轉換
DAC_OUTx = VREF+*DOR/4095
DOR:表示DAC輸出資料暫存器。
VREF+:表示輸入參考電壓。
舉一個例子:若果要DAC_OUT1輸出0.7v的電壓,可以通過下面的函式來實現DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,868);
假設VREF+=3.3v,DAC_OUT1=(3.3*868)/4095 = 0.7V
DMA請求
通過DAC_DMACmd()使能DAC的DMA通道1.DMA請求的對映關係如下:
DAC通道1對映到DMA1 Stream5 channel7
DAC通道2對映到DMA1 Stream6 channel7
DAC的驅動方法
通過使能DAC時鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC,ENABLE).
配置DAC_OUTx(DAC_OUT1: PA4, DAC_OUT2: PA5)為模擬模式。
通過DAC_Init()初始化DAC。
通過函式DAC_Cmd()使能DAC。