第4章 电机控制相关的STM32外设（4.5）
本小节我们将介绍STM32G474的DAC（Digital-to-analog converters，数模转换器）功能。我们通过三个实验来学习DAC，分别是DAC输出实验、DAC输出三角波实验和DAC输出正弦波实验。
本小节分为如下几个部分：
4.5.1 DAC简介
4.5.2 DAC输出实验
4.5.3 DAC输出三角波实验
4.5.4 DAC输出正弦波实验
4.5.1 DAC简介
STM32G474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+（同ADC共用）以获得更精确的转换结果。
STM32的DAC模块主要特点有：
① 最多4个DAC转换器：每个转换器最多2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双通道同时或者分别转换
⑧ 每个通道都有DMA功能
DAC通道框图如图4.5.1.1所示：
图4.5.1.1 DAC通道框图
图中4.5.1.1中，VDDA和VSSA为DAC模块模拟部分的供电，而Vref+则是DAC模块的参考电压输入引脚。DAC1_OUT1/2就是DAC的两个输出通道了（对应PA4或者PA5引脚）。DAC的这些输入/输出引脚信息如下表所示：
表4.5.1.1 DAC输入/输出引脚
从图4.5.1.1可以看出，DAC输出是受DORx（x=1/2，下同）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，STM32G474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。DAC单通道模式下的数据寄存器对齐方式，总共有3种情况，如下图所示：
图4.5.1.2 DAC单通道模式下的数据寄存器对齐方式
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）。
我们本章实验中使用的都是单通道模式下的DAC通道1，采用12位右对齐格式，所以采用第③种情况。另外DAC还具有双通道转换功能。
对于 DAC 双通道（可用时），也有三种可能的方式，如下图所示：
图4.5.1.3 DAC双通道模式下的数据寄存器对齐方式
① 8位数据右对齐：用户将DAC通道1的数据写入DAC_DHR8RD[7:0]位（实际存入DAC_DHR8R1 [7:0]位），将DAC通道2的数据写入DAC_DHR8RD[15:8]位（实际存入DAC_DHR8R2 [7:0]位）。
② 12位数据左对齐：用户将DAC通道1的数据写入DAC_DHR12LD [15:4]位（实际存入DAC_DHR12L1寄存器的DACC1DHR[11:0]位），将DAC通道2的数据写入DAC_DHR12LD [31:20]位（实际存入DAC_DHR12L2寄存器的DACC2DHR[11:0]位）。
③ 12位数据右对齐：用户将DAC通道1的数据写入DAC_DHR12RD [11:0]位（实际存入DAC_DHR12R1寄存器的DACC1DHR[11:0]位），将DAC通道2的数据写入DAC_DHR12RD [27:16]位（实际存入DAC_DHR12R2寄存器的DACC2DHR[11:0]位）。
DAC可以通过软件或者硬件触发转换，通过配置TENx控制位来决定。
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1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tSETTLING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《STM32G474VCT6.pdf》数据手册查到tSETTLING的典型值为3us，最大是3us，所以DAC的转换速度最快是588K左右。
不使用硬件触发（TEN=0），其转换的时间框图如图4.5.1.4所示：
图4.5.1.4 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/4096）
如果使用硬件触发（TEN=1），可通过外部事件（定时计数器、外部中断线）触发DAC转换。由TSELx[3:0]控制位来决定选择16个触发事件中的一个来触发转换。这16个触发事件请查看《STM32G4xx参考手册_V7（英文版）.pdf》第725页表 183。
每个DAC通道都有DMA功能，两个DMA通道分别用于处理两个DAC通道的DMA请求。如果DMAENx位置1时，如果发生外部触发（而不是软件触发），就会产生一个DMA请求，然后DAC_DHRx寄存器的数据被转移到DAC_DORx寄存器。
4.5.2 DAC输出实验
本实验我们来学习DAC输出。
4.5.2.1 DAC寄存器
下面，我们介绍要实现DAC的通道1输出，需要用到的一些DAC寄存器。
l DACx控制寄存器（DACx_CR）
DACx控制寄存器描述如图4.5.2.1.1所示：
图4.5.2.1.1 DACx_CR寄存器
DACx_CR寄存器的低16位用于控制通道1，高16位用于控制通道2，下面介绍本实验需要设置的一些位：
EN1位用于使能/禁止DAC通道1，本实验用到ADC1通道1，所以该位EN1置1。
TEN1位用于DAC通道1的触发使能，本实验不使用硬件触发，所以该位置0。写入DHR1的值会在1个APB1周期后传送到DOR1，然后输出到PA4口上。
TSEL1[3:0]位，用于选择DAC通道1的触发方式，本实验使用软件触发，所以该位域置0即可。
WAVE1[1:0]位，用于控制DAC通道1的噪声/波形输出功能，我们这里没用到波形发生器，所以默认设置为00，不使能噪声/波形输出。
MAMP[3:0]位，是屏蔽/幅值选择器，用来在噪声生成模式下选择屏蔽位，在三角波生成模式下选择波形的幅值。本实验没有用到波形发生器，所以设置为0即可。
DMAEN1位，用于DAC通道1的DMA使能，本实验没有用到DMA功能，所以设置为0。
l DACx模式控制寄存器（DACx_ MCR）
DACx模式控制寄存器描述如图4.5.2.1.2所示：
图4.5.2.1.2 DACx_ MCR寄存器
该寄存器我们只关心MODE1[2:0]，这三个位用于设置DAC通道1的工作模式，本实验使用普通模式，且使用输出缓冲，设置MODE1[2:0]=0即可。MODE2[2:0] 设置通道2的工作模式，本实验没用到
l DACx通道1 12位右对齐数据保持寄存器（DACx_ DHR12R1）
DACx通道1 12位右对齐数据保持寄存器描述如图4.5.2.1.3所示：
图4.5.2.1.3 DACx_ DHR12R1寄存器
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。
4.5.2.2 硬件设计
1. 例程功能
使用KEY0/KEY1两个按键，控制STM32内部DAC的通道1输出电压大小，然后通过ADC1的通道3采集DAC输出的电压，在LCD模块上面显示ADC采集到的电压值以及DAC的设定输出电压值等信息。LED0闪烁，提示程序运行。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED0 – PE0
2）串口1(PB6/PB7连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3）正点原子 1.3寸TFTLCD模块
4）独立按键 ：
KEY0 – PE12
KEY1 – PE13
5）ADC1 ：
通道8 – PC2
6）DAC1 ：
通道1 - PA4
3. 原理图
我们只需要通过杜邦线连接PC2和PA4，就可以使得ADC1通道8和DAC1通道1连接起来。
4.5.2.3 程序设计
4.5.2.3.1 DAC的HAL库驱动
DAC在HAL库中的驱动代码在stm32g4xx_hal_dac.c和stm32g4xx_hal_dac_ex.c文件（及其头文件）中。
1. HAL_DAC_Init函数
DAC的初始化函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Init(DAC_HandleTypeDef *hdac);
l 函数描述：
用于初始化DAC。
l 函数形参：
形参1是DAC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，其定义如下：
typedef struct
{
DAC_TypeDef *Instance; /* DAC寄存器基地址 */
__IO HAL_DAC_StateTypeDef State; /* DAC 工作状态 */
HAL_LockTypeDef Lock; /* DAC锁定对象 */
DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle1; /* 通道1的DMA处理句柄指针 */
DMA_HandleTypeDef *DMA_Handle2; /* 通道2的DMA处理句柄指针 */
__IO uint32_t ErrorCode; /* DAC错误代码 */
} DAC_HandleTypeDef;
从该结构体看到该函数并没有设置任何DAC相关寄存器，即没有对DAC进行任何配置，它只是HAL库提供用来在软件上初始化DAC，为后面HAL库操作DAC做好准备。
l 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
l 注意事项：
DAC的MSP初始化函数HAL_DAC_MspInit，该函数声明如下：
void HAL_DAC_MspInit(DAC_HandleTypeDef* hdac);
2. HAL_DAC_ConfigChannel函数
DAC 的通道参数初始化函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_ConfigChannel(DAC_HandleTypeDef *hdac, DAC_ChannelConfTypeDef *sConfig, uint32_t Channel);
l 函数描述：
该函数用来配置DAC通道的触发类型以及输出缓冲。
l 函数形参：
形参1是DAC_HandleTypeDef结构体类型指针变量。
形参2是DAC_ChannelConfTypeDef结构体类型指针变量，其定义如下：
typedef struct
{
… … /* 省略部分结构体 */
uint32_t DAC_SampleAndHold; /* 设置是否使能低功耗模式，即采样和保持模式 */
uint32_t DAC_Trigger; /* DAC触发源的选择 */
uint32_t DAC_OutputBuffer; /* 启用或者禁用DAC通道输出缓冲区 */
uint32_t DAC_ConnectOnChipPeripheral;/* 指定DAC输出是否连接到片上外设 */
uint32_t DAC_UserTrimming; /* 设置DAC的校准方式*/
uint32_t DAC_TrimmingValue; /* 设置用户校准模式的偏移值 */
DAC_SampleAndHoldConfTypeDef DAC_SampleAndHoldConfig;/* 设置采样保持具体参数*/
} DAC_ChannelConfTypeDef;
形参3用于选择要配置的通道，可选择DAC_CHANNEL_1或者DAC_CHANNEL_2。
l 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
3. HAL_DAC_Start函数
使能启动DAC转换通道函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel);
l 函数描述：
使能启动DAC转换通道。
l 函数形参：
形参1是DAC_HandleTypeDef结构体类型指针变量。
形参2用于选择要启动的通道，可选择DAC_CHANNEL_1或者DAC_CHANNEL_2。
l 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
4. HAL_DAC_SetValue函数
DAC的通道输出值函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel, uint32_t Alignment, uint32_t Data);
l 函数描述：
配置DAC的通道输出值。
l 函数形参：
形参1是DAC_HandleTypeDef结构体类型指针变量。
形参2用于选择要输出的通道，可选择DAC_CHANNEL_1或者DAC_CHANNEL_2。
形参3用于指定数据对齐方式。
形参4设置要加载到选定数据保存寄存器中的数据。
l 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
5. HAL_DAC_GetValue函数
DAC读取通道输出值函数，其声明如下：
uint32_t HAL_DAC_GetValue(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel);
l 函数描述：
获取所选DAC通道的最后一个数据输出值。
l 函数形参：
形参1是DAC_HandleTypeDef结构体类型指针变量。
形参2用于选择要读取的通道，可选择DAC_CHANNEL_1或者DAC_CHANNEL_2。
l 函数返回值：
获取到的输出值。
DAC输出配置步骤
1）开启DAC和输出通道的GPIO时钟，配置该IO口的模拟输出功能
首先开启DAC和GPIO的时钟，然后配置GPIO为模拟模式。本实验我们默认用到DAC1通道1，对应IO是PA4，它们的时钟开启方法如下：
__HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE (); /* 使能DAC1时钟 */ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIOA时钟 */
IO口模拟输出功能是通过函数HAL_GPIO_Init来配置的。
2）初始化DAC
通过HAL_DAC_Init函数来设置需要初始化的DAC。该函数并没有设置任何DAC相关寄存器，也就是说没有对DAC进行任何配置，它只是HAL库提供用来在软件上初始化DAC。
注意：该函数会调用HAL_DAC_MspInit函数来存放DAC和对应通道的IO时钟使能和初始化IO等代码。
3）配置DAC通道并启动DA转换器
在HAL库中，通过HAL_DAC_ConfigChannel函数来设置配置DAC的通道，根据需求设置触发类型以及输出缓冲。
配置好DAC通道之后，通过HAL_DAC_Start函数启动DA转换器。
4）设置DAC的输出值
通过HAL_DAC_SetValue函数设置DAC的输出值。
4.5.2.3.2 程序流程图
图4.5.2.3.2.1 DAC输出实验程序流程图
4.5.2.3.3 程序解析
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。DAC驱动源码包括两个文件：dac.c和dac.h。另外我们使用ADC1来测量DAC输出的电压是否准确，所以还需要用到单通道ADC采集实验里面的adc.c和adc.h文件，关于ADC的程序这里就不再讲解。
dac.h文件只有一些函数声明，下面直接开始介绍dac.c的程序，首先是DAC初始化函数。
/**
* @brief DAC初始化函数
* @param outx: 要初始化的通道. 1,通道1; 2,通道2
* @retval 无
*/
void dac_init(uint8_t outx)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf = {0};
__HAL_RCC_DAC1_CLK_ENABLE(); /* 使能DAC1的时钟 */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/* STM32单片机, 总是PA4=DAC1_OUT1, PA5=DAC1_OUT2 */
gpio_init_struct.Pin = (outx == 1) ? GPIO_PIN_4 : GPIO_PIN_5;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
g_dac_handle.Instance = DAC1;
HAL_DAC_Init(&g_dac_handle); /* 初始化DAC */
dac_ch_conf.DAC_HighFrequency = DAC_HIGH_FREQUENCY_INTERFACE_MODE_AUTOMATIC;
dac_ch_conf.DAC_DMADoubleDataMode = DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_SignedFormat = DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_SampleAndHold = DAC_SAMPLEANDHOLD_DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_Trigger2 = DAC_TRIGGER_NONE;
dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE; /* 不使用触发功能 */
/* DAC1输出缓冲关闭 */
dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_ConnectOnChipPeripheral = DAC_CHIPCONNECT_EXTERNAL;
dac_ch_conf.DAC_UserTrimming = DAC_TRIMMING_FACTORY;
switch(outx)
{
case 1:
/* DAC通道1配置 */
HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_1);
HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1); /* 开启DAC通道1 */
break;
case 2:
/* DAC通道2配置 */
HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_handle, &dac_ch_conf, DAC_CHANNEL_2);
HAL_DAC_Start(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_2); /* 开启DAC通道2 */
break;
default:break;
}
}
该函数主要调用HAL_DAC_Init和HAL_DAC_ConfigChannel函数初始化DAC，并调用HAL_DAC_Start函数使能DAC通道。HAL_DAC_Init函数会调用HAL_DAC_MspInit回调函数，该函数用于存放DAC和对应通道的IO时钟使能和初始化IO等代码。本实验为了让dac_init函数支持DAC的OUT1/2两个通道的初始化，就没有用到该函数。
下面是设置DAC通道1/2输出电压函数，其定义如下：
/**
* @brief 设置通道1/2输出电压
* @param outx: 1,通道1; 2,通道2
* @param vol : 0~3300,代表0~3.3V
* @retval 无
*/
void dac_set_voltage(uint8_t outx, uint16_t vol)
{
double temp = vol;
temp /= 1000;
temp = temp * 4096 / 3.3;
if (temp >= 4096)temp = 4095; /* 如果值大于等于4096, 则取4095 */
if (outx == 1) /* 通道1 */
{
/* 12位右对齐数据格式设置DAC值 */
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,temp);
}
else /* 通道2 */
{
/* 12位右对齐数据格式设置DAC值 */
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle,DAC_CHANNEL_2,DAC_ALIGN_12B_R,temp);
}
}
该函数实际就是将电压值转换为DAC输入值，形参1用于设置通道，形参2设置要输出的电压值，设置的范围：0~3300，代表0~3.3V。
最后在main函数里面编写如下代码：
int main(void)
{
uint16_t adcx;
float temp;
uint8_t t = 0;
uint16_t dacval = 0;
uint8_t key;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(85, 2, 2, 4, 8); /* 设置时钟,170Mhz */
delay_init(170); /* 延时初始化 */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
adc_init(); /* 初始化ADC */
dac_init(1); /* 初始化DAC1_OUT1通道 */
lcd_show_string(10, 10, 140, 32, 32, "STM32", RED);
lcd_show_string(10, 42, 140, 24, 24, "DAC TEST", RED);
lcd_show_string(10, 66, 140, 24, 24, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(10, 90, 200, 16, 16, "KEY1:+ KEY0:-", RED);
lcd_show_string(10, 110, 200, 16, 16, "DAC VAL:", BLUE);
lcd_show_string(10, 130, 200, 16, 16, "DAC VOL:0.000V", BLUE);
lcd_show_string(10, 150, 200, 16, 16, "ADC VOL:0.000V", BLUE);
while (1)
{
t++;
key = key_scan(0); /* 按键扫描 */
if (key == KEY1_PRES)
{
if (dacval < 4000)
{
dacval += 200;
}
/* 输出增大200 */
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R,
dacval);
}
else if (key == KEY0_PRES)
{
if (dacval > 200)
{
dacval -= 200;
}
else
{
dacval = 0;
}
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R,
dacval); /* 输出减少200 */
}
/* KEY0/KEY1按下了,或者定时时间到了 */
if (t == 10 || key == KEY0_PRES || key == KEY1_PRES)
{
/* 读取前面设置DAC1_OUT1的值 */
adcx = HAL_DAC_GetValue(&g_dac_handle, DAC_CHANNEL_1);
/* 显示DAC寄存器值 */
lcd_show_xnum(74, 110, adcx, 4, 16, 0, BLUE);
temp = (float)adcx * (3.3 / 4096); /* 得到DAC电压值 */
adcx = temp;
lcd_show_xnum(74, 130, temp, 1, 16, 0, BLUE); /* 显示电压值整数部分*/
temp -= adcx;
temp *= 1000;
/* 显示电压值的小数部分 */
lcd_show_xnum(90, 130, temp, 3, 16, 0X80, BLUE);
/* 得到ADC1通道3的转换结果 */
adcx = adc_get_result_average(ADC_ADCX_CHY, 20);
temp = (float)adcx * (3.3 / 4096); /* 得到ADC电压值 */
adcx = temp;
lcd_show_xnum(74, 150, temp, 1, 16, 0, BLUE); /* 显示电压值整数部分*/
temp -= adcx;
temp *= 1000;
/* 显示电压值的小数部分 */
lcd_show_xnum(90, 150, temp, 3, 16, 0X80, BLUE);
LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁 */
t = 0;
}
delay_ms(10);
}
}
此部分代码，我们通过KEY0和KEY1来实现对DAC输出的幅值控制。按下KEY1增加，按KEY0减小。同时在LCD上面显示DHR12R1寄存器的值、DAC设置输出电压以及ADC采集到的DAC输出电压。
4.5.2.4 下载验证
下载代码后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示如图4.5.2.4.1所示：
图4.5.2.4.1 DAC输出实验测试图
验证试验前记得先通过杜邦线连接PC2和PA4，然后我们可以通过按KEY1按键，增加DAC输出的电压，这时ADC采集到的电压也会增大，通过按KEY0减小DAC输出的电压，这时ADC采集到的电压也会减小。
4.5.3 DAC输出三角波实验
本实验我们来学习使用如何让DAC输出三角波，DAC初始化部分还是用DAC输出实验的，所以做本实验的前提是先学习DAC输出实验。
4.5.3.1 DAC寄存器
本实验用到的寄存器在DAC输出实验都有介绍。
4.5.3.2 硬件设计
1. 例程功能
使用DAC输出三角波，通过KEY0/KEY1两个按键，控制DAC1的通道1输出两种三角波，需要通过示波器接PA4进行观察。LED0闪烁，提示程序运行。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED0 – PE0
2）串口1(PB6/PB7连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3）正点原子 1.3寸TFTLCD模块
4）独立按键 ：
KEY0 – PE12
KEY1 – PE13
5）DAC1 ：
通道1 - PA4
3. 原理图
我们只需要把示波器的探头接到DAC1通道1（PA4）引脚，就可以在示波器上显示DAC输出的波形。
4.5.3.3 程序设计
本实验用到的DAC的HAL库API函数前面都介绍过，具体调用情况请看程序解析部分。下面介绍DAC输出三角波的配置步骤。
DAC输出三角波配置步骤
1）开启DACx和输出通道的GPIO时钟，配置该IO口的模拟输出功能
首先开启DACx和GPIO的时钟，然后配置GPIO为模拟模式。本实验我们默认用到DAC1通道1，对应IO是PA4，它们的时钟开启方法如下：
__HAL_RCC_DAC1_CLK_ENABLE (); /* 使能DAC1时钟 */ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIOA时钟 */
IO口模拟输出功能是通过函数HAL_GPIO_Init来配置的。
2）初始化DACx
通过HAL_DAC_Init函数来设置需要初始化的DAC。该函数并没有设置任何DAC相关寄存器，也就是说没有对DAC进行任何配置，它只是HAL库提供用来在软件上初始化DAC。
注意：该函数会调用HAL_DAC_MspInit函数来存放DAC和对应通道的IO时钟使能和初始化IO等代码。
3）配置DAC通道并启动DA转换器
在HAL库中，通过HAL_DAC_ConfigChannel函数来设置配置DAC的通道，根据需求设置触发类型以及输出缓冲。
配置好DAC通道之后，通过HAL_DAC_Start函数启动DA转换器。
4）设置DAC的输出值
通过HAL_DAC_SetValue函数设置DAC的输出值。这里我们根据三角波的特性，创建了dac_triangular_wave函数用于控制输出三角波。
4.5.3.3.1 程序流程图
图4.5.3.3.1.1 DAC输出三角波实验程序流程图
4.5.3.3.2 程序解析
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。DAC驱动源码包括两个文件：dac.c和dac.h。本实验代码在DAC输出实验代码后进行追加。
dac.h文件只有一些声明，下面直接开始介绍dac.c的程序，本实验的DAC初始化我们还是用到dac_init函数，就添加了一个设置DAC_OUT1输出三角波函数，其定义如下：
/**
* @brief 设置DAC_OUT1输出三角波
* @note 输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) Khz, 不过在dt较小的时候,比如小于5us
时, 由于delay_us本身就不准了(调用函数,计算等都需要时间,延时很小的时候,这些
时间会影响到延时), 频率会偏小.
*
* @param maxval : 最大值(0 < maxval < 4096),(maxval+1)必须大于等于samples/2
* @param dt : 每个采样点的延时时间(单位: us)
* @param samples: 采样点的个数, samples必须小于等于(maxval + 1) * 2 ,
且maxval不能等于0
* @param n : 输出波形个数,0~65535
*
* @retval 无
*/
void dac_triangular_wave(uint16_t maxval, uint16_t dt, uint16_t samples,
uint16_t n)
{
uint16_t i, j;
float incval; /* 递增量 */
float Curval; /* 当前值 */
if(samples > ((maxval + 1) * 2))return ; /* 数据不合法 */
incval = (maxval + 1) / (samples / 2); /* 计算递增量 */
for(j = 0; j < n; j++)
{
Curval = 0; /* 先输出0 */
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,Curval);
for(i = 0; i < (samples / 2); i++) /* 输出上升沿 */
{
Curval += incval; /* 新的输出值 */
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,
Curval);
delay_us(dt);
}
for(i = 0; i < (samples / 2); i++) /* 输出下降沿 */
{
Curval -= incval; /* 新的输出值 */
HAL_DAC_SetValue(&g_dac_handle,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_R,
Curval);
delay_us(dt);
}
}
}
该函数用于设置DAC通道1输出三角波，输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) Khz，形参意义在源码已经有详细注释。该函数中，我们使用HAL_DAC_SetValue函数来设置DAC的输出值，这样得到的三角波在示波器上可以看到。如果有跳动现象（不平稳），是正常的，因为调用函数，计算等都需要时间，这样就会导致输出的波形是不太稳定的。越高性能的MCU，得到的波形会越稳定。除此之外，用HAL库函数操作的效率没有直接操作寄存器高，如果对波形质量要求较高，可以直接操作DHR12R1寄存器，这样得到的波形会相对稳定些。
最后在main.c里面编写如下代码：
int main(void)
{
uint8_t t = 0;
uint8_t key;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(85, 2, 2, 4, 8); /* 设置时钟,170Mhz */
delay_init(170); /* 延时初始化 */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
dac_init(1); /* 初始化DAC1_OUT1通道 */
lcd_show_string(10, 10, 140, 32, 32, "STM32", RED);
lcd_show_string(10, 42, 140, 24, 24, "DAC Triangular WAVE TEST", RED);
lcd_show_string(10, 66, 140, 24, 24, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(10, 100, 200, 16, 16, "KEY0:Wave1 KEY1:Wave2", RED);
lcd_show_string(10, 120, 200, 16, 16, "DAC None", BLUE);
while (1)
{
t++;
key = key_scan(0); /* 按键扫描 */
if (key == KEY0_PRES) /* 高采样率 , 约88.5Hz波形 */
{
lcd_show_string(10, 120, 200, 16, 16, "DAC Wave1 ", BLUE);
/* 幅值4095, 采样点间隔5us, 2000个采样点, 100个波形 */
dac_triangular_wave(4095, 5, 2000, 100);
lcd_show_string(10, 120, 200, 16, 16, "DAC None ", BLUE);
}
else if (key == KEY1_PRES) /* 低采样率 , 约100Hz波形 */
{
lcd_show_string(10, 120, 200, 16, 16, "DAC Wave2 ", BLUE);
/* 幅值4095, 采样点间隔500us, 20个采样点, 100个波形 */
dac_triangular_wave(4095, 500, 20, 100);
lcd_show_string(10, 120, 200, 16, 16, "DAC None ", BLUE);
}
if (t == 10) /* 定时时间到了 */
{
LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁 */
t = 0;
}
delay_ms(10);
}
}
该部分代码功能是，按下KEY0后，DAC输出三角波1，按下KEY1后，DAC输出三角波2，将dac_triangular_wave的形参代入公式：输出频率 ≈ 1000 / (dt * samples) Khz，得到三角波1和三角波2的频率都是0.1KHZ，由于三角波1采样点之间时延比较小，频率会偏小。
4.5.3.4 下载验证
下载代码后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示如图4.5.3.4.1所示：
图4.5.3.4.1 DAC输出三角波实验测试图
没有按下任何按键之前，LCD屏显示DAC None，当按下KEY0后，DAC输出三角波1，LCD屏显示DAC Wave1，三角波1输出完成后LCD屏继续显示DAC None，当按下KEY1后，DAC输出三角波2，LCD屏显示DAC Wave2，三角波2输出完成后LCD屏继续显示DAC None。
其中三角波1和三角波2在示波器的显示情况如下图所示：
图4.5.3.4.2 DAC输出的三角波1
图4.5.3.4.3 DAC输出的三角波2
由上面两副测试图可以知道，三角波1的频率是88.5Hz，三角波2的频率是99.9Hz。三角波2基本接近我们算出来的结果0.1KHz，三角波1有较大误差，在介绍dac_triangular_wave函数时也说了原因，加上三角波1的采样率比较高，所以误差就会比较大。
4.5.4 DAC输出正弦波实验
本实验我们来学习使用如何让DAC输出正弦波。实验将用定时器2的更新事件来触发DAC进行转换，输出正弦波，并以DMA的方式传输数据。
4.5.4.1 DAC寄存器
本实验用到的寄存器在DAC输出实验都有介绍。
4.5.4.2 硬件设计
1. 例程功能
使用DAC1的通道1输出正弦波，需要通过示波器接PA4进行观察。TFTLCD显示实验名称。LED0闪烁，提示程序运行。
2. 硬件资源
1）LED灯
LED0 – PE0
2）串口1(PB6/PB7连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3）正点原子 1.3寸TFTLCD模块
4）定时器2
5）DAC1 ：
通道1 - PA4
6）DMA(DMA1_Channel2)
3. 原理图
我们只需要把示波器的探头接到DAC1通道1（PA4）引脚，就可以在示波器上显示DAC输出的波形。
4.5.4.3 程序设计
4.5.4.3.1 DAC的HAL库驱动
下面将介绍本实验用到且没有介绍过的HAL库API函数。
1. HAL_DAC_Start_DMA函数
启动DAC使用DMA方式传输函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel, uint32_t *pData, uint32_t Length, uint32_t Alignment);
l 函数描述：
用于启动DAC使用DMA的方式。
l 函数形参：
形参1是DAC_HandleTypeDef结构体类型指针变量。
形参2用于选择要启动的通道，可选择DAC_CHANNEL_1或者DAC_CHANNEL_2。
形参3是使用DAC输出数据缓冲区的指针。
形参4是DAC输出数据的长度。
形参5是指定DAC通道的数据对齐方式，有：DAC_ALIGN_8B_R（8位右对齐）、DAC_ALIGN_12B_L（12位左对齐）和DAC_ALIGN_12B_R（12位右对齐）三种方式。
l 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
2. HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization函数
配置主模式下的定时器触发输出选择函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization( TIM_HandleTypeDef *htim, TIM_MasterConfigTypeDef *sMasterConfig);
l 函数描述：
用于配置主模式下的定时器触发输出选择。
l 函数形参：
形参1是TIM_HandleTypeDef结构体类型指针变量。
形参2是TIM_MasterConfigTypeDef结构体类型指针变量，用于配置定时器工作在主/从模式，以及触发输出(TRGO和TRGO2)的选择。
l 函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
DAC输出正弦波配置步骤
1）开启DACx、DMA和输出通道的GPIO时钟，配置该IO口的模拟输出功能
首先开启DACx、DMA和GPIO的时钟，然后配置GPIO为模拟模式。本实验我们默认用到DAC1通道1，对应IO是PA4，它们的时钟开启方法如下：
__HAL_RCC_DAC1_CLK_ENABLE (); /* 使能DAC时钟 */ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 开启GPIOA时钟 */ __HAL_RCC_DMAMUX1_CLK_ENABLE() /* 开启DMAMUX1时钟 */ __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE (); /* 开启DMA1时钟 */
IO口模拟输出功能是通过函数HAL_GPIO_Init来配置的。
2）配置DMA并关联DAC
通过HAL_DMA_Init函数初始化DMA，包括配置通道，外设地址，存储器地址，传输数据量等。
HAL库为了处理各类外设的DMA请求，在调用相关函数之前，需要调用一个宏定义标识符，来连接DMA和外设句柄。这个宏定义为__HAL_LINKDMA。
3）初始化DACx
通过HAL_DAC_Init函数来设置需要初始化的DAC。该函数并没有设置任何DAC相关寄存器，也就是说没有对DAC进行任何配置，它只是HAL库提供用来在软件上初始化DAC。
注意：该函数会调用HAL_DAC_MspInit函数来存放DAC和对应通道的IO时钟使能和初始化IO等代码。
4）配置定时器控制触发DAC
通过HAL_TIM_Base_Init函数设置定时器溢出频率。
通过HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization函数配置定时器溢出事件用做触发器。
通过HAL_TIM_Base_Start函数启动计数。
5）产生正弦波序列
通过dac_creat_sin_buf函数产生一组正弦波序列，其本质上就是正弦波曲线上的点。
6）配置DAC通道并开启DMA传输
通过HAL_DAC_ConfigChannel函数来设置配置DAC的通道，根据需求设置触发类型以及输出缓冲等。
再通过HAL_DAC_Start_DMA函数启动DMA传输以及DAC输出。
4.5.4.3.2 程序流程图
图4.5.4.3.2.1 DAC输出正弦波实验程序流程图
4.5.4.3.3 程序解析
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。DAC驱动源码包括两个文件：dac.c和dac.h。
dac.h文件只有一些声明，下面直接开始介绍dac.c的程序，首先看产生正弦波序列的函数，其定义如下：
uint16_t g_dac_sin_buf[4096]; /* 正弦波序列数据缓冲区 */
/**
* @brief 产生正弦波函序列
* @note 需保证: maxval > samples/2
*
* @param maxval : 峰值(0 < maxval < 2048)
* @param samples: 采样点的个数
*
* @retval 无
*/
void dac_creat_sin_buf(uint16_t maxval, uint16_t samples)
{
uint8_t i;
float outdata = 0;
if( maxval <= (samples/2) )return ; /* 数据不合法 */
/*
* 正弦波最小正周期为2π，约等于2 * 3.1415926
* 曲线上相邻的两个点在x轴上的间隔 = 2 * 3.1415926 / 采样点数量
* DAC无法输出负电压，所以需要将曲线向上偏移一个峰值的量，让整个曲线都落在正数区域
*/
float inc = (2 * 3.1415926) / samples; /* 计算相邻两个点的x轴间隔 */
for (i = 0; i < samples; i++) /* 连续打samples个点 */
{
/*
* 正弦波函数解析式：y = Asin(wx + φ）+ b
* 计算每个点的y值，将峰值放大maxval倍，并将曲线向上偏移maxval到正数区域
*/
outdata = maxval * sin(inc * i) + maxval;
if (outdata > 4095)
{
outdata = 4095; /* y值上限限定 */
}
g_dac_sin_buf[i] = outdata;
}
}
该函数用于产生正弦波序列，即正弦波曲线上的各个采样点，各个点最终控制的是DAC_DHR12R1寄存器的值。在DAC输出频率固定、波形周期一定的情况下，采样点越多，实际的曲线越接近于正弦波，但是波形的频率也会越小。
产生正弦波序列函数的实现思路请看注释，值得注意的是，DAC是无法输出负电压的，所以我们需要将正弦波的曲线向上偏移一个峰值maxval的量，让整个曲线都落在正数区域。
下面介绍DAC DMA初始化函数，其定义如下：
/**
* @brief DAC初始化函数
* @param outx: 要初始化的通道. 1,通道1; 2,通道2
* @retval 无
*/
void dac_init(uint8_t outx,uint16_t cndtr)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
DAC_ChannelConfTypeDef dac_ch_conf = {0};
__HAL_RCC_DAC1_CLK_ENABLE(); /* 使能DAC1的时钟 */
/* 使能DAC OUT1/2的IO口时钟(都在PA口,PA4/PA5) */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_DMAMUX1_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
/* STM32单片机, 总是PA4=DAC1_OUT1, PA5=DAC1_OUT2 */
gpio_init_struct.Pin = (outx==1)? GPIO_PIN_4 : GPIO_PIN_5;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
/* DMA配置 */
g_dma_dac_handle.Instance = DAC_ADCX_DMASx; /* 设置DMA通道 */
g_dma_dac_handle.Init.Request= DAC_ADCX_DMASx_REQUEST; /* 设置DMA请求 */
g_dma_dac_handle.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;/*存储器到外设模式 */
g_dma_dac_handle.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
g_dma_dac_handle.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
/* 外设数据长度:32位 */
g_dma_dac_handle.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
/* 存储器数据长度:16位 */
g_dma_dac_handle.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
g_dma_dac_handle.Init.Mode = DMA_CIRCULAR; /* 外设流控模式 */
g_dma_dac_handle.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW; /* 低优先级 */
HAL_DMA_Init(&g_dma_dac_handle); /* 初始化DMA */
/* 把DAC和DMA关联 */
__HAL_LINKDMA(&g_dac_dma_handle,DMA_Handle1,g_dma_dac_handle);
g_dac_dma_handle.Instance = DAC1;
HAL_DAC_Init(&g_dac_dma_handle); /* 初始化DAC */
dac_ch_conf.DAC_HighFrequency =
DAC_HIGH_FREQUENCY_INTERFACE_MODE_AUTOMATIC;
dac_ch_conf.DAC_DMADoubleDataMode = DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_SignedFormat = DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_SampleAndHold = DAC_SAMPLEANDHOLD_DISABLE;
dac_ch_conf.DAC_Trigger2 = DAC_TRIGGER_T6_TRGO;
/* 使用定时器2的TRGO事件触发DAC转换 */
dac_ch_conf.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T2_TRGO;
/* DAC1输出缓冲使能 */
dac_ch_conf.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;
dac_ch_conf.DAC_ConnectOnChipPeripheral = DAC_CHIPCONNECT_EXTERNAL;
dac_ch_conf.DAC_UserTrimming = DAC_TRIMMING_FACTORY;
dac_creat_sin_buf(2048, cndtr); /* 产生正弦波序列，即画点 */
switch(outx)
{
case 1:
/* DAC通道1配置 */ HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_dma_handle,&dac_ch_conf,DAC_CHANNEL_1);
HAL_DAC_Start_DMA(&g_dac_dma_handle,DAC_CHANNEL_1,
(uint32_t*)g_dac_sin_buf,cndtr,DAC_ALIGN_12B_R); /* 开启DAC通道1 */
break;
case 2:
/* DAC通道2配置 */ HAL_DAC_ConfigChannel(&g_dac_dma_handle,&dac_ch_conf,DAC_CHANNEL_2);
HAL_DAC_Start_DMA(&g_dac_dma_handle,DAC_CHANNEL_2,
(uint32_t*)g_dac_sin_buf,cndtr,DAC_ALIGN_12B_R); /* 开启DAC通道2 */
break;
default:break;
}
}
该函数用于初始化DAC用DMA的方式输出正弦波，我们采用定时器2触发DAC进行转换输出。本函数用到的API函数起前面都介绍过，请结合前面介绍过的相关内容来理解源码。值得注意的是，这里调用了dac_creat_sin_buf函数来产生正弦波序列，采样点的个数通过入口参数cndtr传进来。
接着看定时器相关的gtim.c文件，我们只关注通用定时器的初始化函数，其定义如下：
/**
* @brief 通用定时器TIMX初始化函数
* @param arr: 自动重装值。
* @param psc: 时钟预分频数
* @retval 无
*/
void gtim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
GTIM_TIMX_INT_CLK_ENABLE(); /* 使能TIMx时钟 */
g_timx_handle.Instance = GTIM_TIMX_INT; /* 通用定时器x */
g_timx_handle.Init.Prescaler = psc; /* 预分频系数 */
g_timx_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_timx_handle.Init.Period = arr; /* 自动装载值 */
HAL_TIM_Base_Init(&g_timx_handle);
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE; /* 更新事件用于触发 */
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&g_timx_handle, &sMasterConfig);
HAL_TIM_Base_Start(&g_timx_handle); /* 使能定时器x */
}
该函数调用了HAL_TIM_Base_Init函数对定时器2的基本参数进行了初始化，并通过HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization函数配置TIM2，将其更新事件作为DAC输出的触发源，然后开启定时器计数。
最后在main.c里面编写如下代码：
int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(85, 2, 2, 4, 8); /* 设置时钟,170Mhz */
delay_init(170); /* 延时初始化 */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
gtim_timx_int_init(10 - 1, 170 - 1); /* 初始化定时器，定时触发DAC */
dac_init(1, 100); /* 初始化DAC1_OUT1通道,100个点，正弦波频率1k Hz */
lcd_show_string(10, 10, 140, 24, 24, "STM32", RED);
lcd_show_string(10, 42, 239, 16, 16, "DAC DMA Sine WAVE TEST", RED);
lcd_show_string(10, 66, 140, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
while (1)
{
LED0_TOGGLE(); /* 每1000ms,翻转一次LED0 */
delay_ms(1000);
}
}
gtim_timx_int_init函数初始化定时器2，其计数频率为1MHz，计数溢出（发生一次更新事件）的频率为100K Hz，不记得怎么计算的朋友，请回顾基本定时器的相关内容，这里直接把公式列出：
Tout= ((arr+1)*(psc+1))/Tclk
看到dac_init(1,100);这个语句，第一个形参是DAC的通道，本实验使用通道1；第二个形参是采集点的个数，本实验默认的采集点个数为100。可以得到正弦波的频率为100KHz/100 = 1KHz。
4.5 . 4.4 下载验证
下载代码后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示如图4.5.4.4.1所示：
图4.5.4.4.1 DAC输出三角波实验测试图
接下来我们借助示波器来观察波形，注意要将探头接到PA4的排针上（注意：开发板需要和示波器共地）。实际输出的1KHz（100个采样点）正弦波如下图所示：
图4.5.4.4.2 DAC输出的1K Hz正弦波