【经验】中科芯CKS32F4xx系列MCU DAC功能应用指南

DAC模块作为中科芯CKS32F4xx系列MCU的一个常用外设，可以将数字信号转换成模拟信号，最高分辨率可达12位，且两个独立DAC输出通道转换互不影响，各个通道均能使用DMA功能，可由软硬件触发。因此，为了实现DAC输出正弦波，拟采用一定的时间向DAC的数据寄存器写入数据，随后进行数模转换输出不同的电压，最后在时间轴上显示出波形。同时为了不占用CPU资源，配置DMA建立传输通道，以便数据快速的从内存搬移到外设。且在DAC初始化时，可以设置成定时器触发，待定时器溢出就会触发DAC工作，所以只要修改定时器的定时时间，就可改变正弦波周期。

DAC简述

①：DAC将VREF+引脚作为参考电压，在实际使用时将VSSA接地，同时把VREF+和VDDA接3.3V，DAC即可获得0~3.3V的输出电压。

②：数模转换器以VREF+作为参考电源，将DAC的数据寄存器“DORx”的数字编码转换成模拟信号并由右侧的“DAC_OUTx”通道输出。在CKS32有2个这样的DAC部件，其中PA4对应通道1，PA5对应通道2。

③：控制逻辑可以控制数据寄存器“DORx”加入一些伪噪声信号或配置产生三角波信号。
④：使用DAC时，数据会被先写入到DHRx寄存器，随后DAC会根据触发配置进行处理，最后将数据传输至DORx。DAC的触发源有三种，分别为：外部中断源触发、定时器触发和软件控制触发。

对于单DAC通道x的三种数据格式

• 8位数据右对齐：

    用户须将数据写入寄存器DAC_DHR8Rx[7:0]位(实际是存入寄存器DHRx[11:4]位)。

• 12位数据左对齐：

    用户须将数据写入寄存器DAC_DHR12Lx[15:4]位(实际是存入寄存器DHRx[11:0]位)。

• 12位数据右对齐：

    用户须将数据写入寄存器DAC_DHR12Rx[11:0]位(实际是存入寄存器DHRx[11:0]位)。

    数字输入经过DAC被线性地转换为模拟电压输出，任一DAC通道引脚上的输出电压满足下面的关系：

    本案例中选择DAC的通道1，并采用12位的右对齐方式，通过查阅《CKS32F4xx参考手册》DAC和DMA章节可知，DAC1对应DMA1控制器通道7数据流5。

总的来说，DAC的输出是由DORx寄存器直接控制的，而用户写的数据是要写入DHRx寄存器，然后通过DHRx间接操作DORx,最终实现DAC的输出。

DAC输出正弦波配置

本文采用DAC1+TIM2+DMA1的方式，通过TIM2触发DAC1转换，转换完成后通过DMA1输出，主要步骤如下：

①由Matlab计算一个周期的正弦波数组；

②根据一个正弦波周期内点数和所需正弦波频率确定定时器触发间隔；

③初始化DAC1输出管脚和工作模式；

④配置触发DAC1用的定时器2；

⑤配置DMA1自主搬运正弦波数组。

待上述配置完成后，将PA4引脚接到示波器上，即可显示正弦波。以下是DAC的详细配置。

（1）正弦波数组生成

以下代码用于生成正弦波波形表：

1 for(i=0;i<100;i++)

2
3 {

4 Sine12bit[i]=2048*sin(1.0*i/(100- 1)*2*PI)+2048;

5 }

从上述函数可以看出，正弦波的幅度被控制在0~4096之间，一个周期被平均分成100份，即100个点代表一个周期的波形，数组Sine12bit里面是100个采样点。

1 const uint16_t Sine12bit[100] = {

2 

3 0x0800,0x0881,0x0901,0x0980,0x09FD,0x0A79,0x0AF2,0x0B68,0x0BDA,0x0C49,0x0CB3,0x0D19,0x0D79,0x0DD4,0x0E29,0x0E78,0x0EC0,0x0F02,0x0F3C,0x0F6F,0x0F9B,0x0FBF,0x0FDB,0x0FEF,0x0FFB,0x0FFF,0x0FFB,0x0FEF,0x0FDB,0x0FBF,0x0F9B,0x0F6F,0x0F3C,0x0F02,0x0EC0,0x0E78,0x0E29,0x0DD4,0x0D79,0x0D19,0x0CB3,0x0C49,0x0BDA,0x0B68,0x0AF2,0x0A79,0x09FD,0x0980,0x0901,0x0881,0x0800,0x077F,0x06FF,0x0680,0x0603,0x0587,0x050E,0x0498,0x0426,0x03B7,0x034D,0x02E7,0x0287,0x022C,0x01D7,0x0188,0x0140,0x00FE,0x00C4,0x0091,0x0065,0x0041,0x0025,0x0011,0x0005,0x0001,0x0005,0x0011,0x0025,0x0041,0x0065,0x0091,0x00C4,0x00FE,0x0140,0x0188,0x01D7,0x022C,0x0287,0x02E7,0x034D,0x03B7,0x0426,0x0498,0x050E,0x0587,0x0603,0x0680,0x06FF,0x077F};

（2）GPIO和DAC模式配置

该部分为输出引脚配置和DAC通道1配置，代码如下：

1 void DAC1_GPIO_Init(void)

2
3 {

4
5 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

6
7 DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;

8
9 /*  Enable GPIOA clock  */

11 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

12  /*  Enable DAC clock  */

13  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);

14 /*  Configure the DAC Pin to Analog mode: DAC_OUT1 -- PA4  */

15 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4;

16 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AIN;

17
18 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd= GPIO_PuPd_NOPULL;

19
20 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_100MHz;  

21
22 GPIO_InitStructure.GPIO_OType= GPIO_OType_PP;

23
24 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

25
26 /*  Configure DAC Channel_1  */

27
28 DAC_InitStructure.DAC_Trigger= DAC_Trigger_T2_TRGO;

29
30 DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;DAC_InitStructure.

31 DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;

32 DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_LFSRUnmask_Bit0;

33 DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);

34 
35 DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);//Enable DAC Channel_1.

36
37 DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE);//Enable DAC channel_1 DMA request.

38
39 }

在DAC1_GPIO_Init函数中，实现了相应GPIO引脚（PA4）的初始化和DAC工作模式配置。其中为了避免寄生的干扰和额外的功耗，应将PA4引脚设置成模拟输入模式（AIN），如此方可正常工作。

而对DAC工作模式进行配置时，可查看CKS官方提供的DAC_InitTypeDef结构体，该结构体中主要包含了DAC_CR寄存器的各寄存器配置。如下是DAC_InitTypeDef结构体成员简述：

（a）DAC_Trigger

该成员用于DAC的触发模式配置，由上文DAC通道框图可知，共有三种触发模式，分别是定时器触发（DAC_Trigger_T2/4/5/6/7/8_TRGO）、软件触发（DAC_Trigger_Software）和EXTI_9触发方式（DAC_Trigger_Ext_IT9）。

（b）DAC_WaveGeneration

该成员可配置输出伪噪声和三角波输出（DAC_WaveGeneration_Noise/Triangle），若使用自定义输出，应配置为DAC_WaveGeneration_None。

（c）DAC_OutputBuffer

该成员用于控制是否使能DAC的输出缓冲（DAC_OutputBuffer_Enable/Disable）。若需要直接驱动外部负载，可以使能该成员以减小输出阻抗。

（d）DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude

该成员通过控制DAC_CR的MAMP2位设置LFSR寄存器位的数据，即当使用伪噪声或三角波输出时要叠加到DHRx的值。若使用伪噪声输出时LFSR=0xAAA，这时该结构体成员可赋值为DAC_LFSRUnmask_Bit0~DAC_LFSRUnmask_Bit11_0；若使用三角波输出时，这时该结构体成员可赋值为DAC_TriangleAmplitude_1~DAC_TriangleAmplitude_4096，可用于设置三角波的最大幅值。

本例中，将DAC通道1配置成定时器TIM2触发，不使用波形发生器和不使用输出缓存，不使用输出缓存是因为CKS32的DAC无需外部运放就可以直接驱动负载，三角波振幅一项虽然本案例没有用到，可以配置成任意，但此项不可缺，最后调用DAC_Cmd、DAC_DMACmd函数使能DAC通道1和DMA的请求。

（3）定时器配置

该部分是配置触发DAC的定时器TIM2，通过设定触发的间隔，从而间接控制正弦波周期，TIM2的工作决定DMA与DAC的工作频率，代码如下：

1 void TIM2_Init(void)

2 
3 {

4
5 TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

6
7 /*  Enable Timer2 clock.  */

8 
9 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

10 /*  Configure Timer2 --Clock Frequency is 84MHz  */

11
12 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=83; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= 0x0;    

13 
14 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;    

15
16 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

17
18 TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);  

19 /*  Configure the trigger source for Timer2.  */

20 TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update);

21 
22 TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);//Enable Timer2.

23 
24 }

前文的DAC已选用TIM2当触发源，此处TIM2的定时周期被配置为83，向上计数，不分频。CKS32F4xx系列的主频是168MHz，TIM2的时钟是84MHz，所以TIM2的更新频率是84M/（TIM_Period+1）/（TIM_Prescaler+1），即TIM2每隔1us触发一次DAC事件，不需要设置中断，当定时器向上计数至指定值时，产生Update事件，同时触发DAC把DHRx寄存器的数据转移到DORx，开始进行转换。由于正弦波数组是100个采样点，可得正弦波的输出频率为：

（4）DMA配置

该部分主要完成数据的传输，代码如下：

1 void DMA_InitForDAC(void)

2 {

3
4 DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;

5
6 /*  Enable DMA1 clock.  */

7 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);

8 /*  Configure DMA1 Stream5 Channel_7 For DAC1  */

9
10 DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_7;  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAdDMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)Sine12bit ;

11 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;

12
13 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 100;

14 
15 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

16
17 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

18 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

19 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

20 
21 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

22
23 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

24 DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;      

25 DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;

26 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;

27 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;

28DMA_Init(DMA1_Stream5, &DMA_InitStructure);

29 DMA_Cmd(DMA1_Stream5, ENABLE); //Enable DMA1 Stream5.

30 }

需要注意的是，DAC->DHR12R1对应数据寄存器的地址，正弦波数组Sine12bit对应数据输入地址，DMA缓存的个数是单个正弦波周期对应的点数，DMA需工作在循环模式，由于正弦波数组Sine12bit定义为16位，那么涉及数据传输的变量都要配置成半字16位。经过上述的配置后，定时器TIM2每隔1us就会触发DMA搬运正弦波数组的一个数据到DAC通道1寄存器进行转换，每搬运100个数据即一个完整周期后，DMA开始循环，最终循环输出正弦波。

（5）主函数配置

本例程主函数主要对前文所述函数依次调用，程序编译下载至开发板，使用示波器测量PA4引脚即可查看输出10kHz的正弦波形，代码如下：

1 int main(void)  

2 
3{

4 DAC1_GPIO_Init();

5
6 TIM2_Init();

7
8 DMA_InitForDAC();

9 while (1);

10 }