STM32单片机DAC输出技术：10个实战案例，带你玩转模拟信号输出

# 1. STM32 DAC概述**

STM32单片机集成了数字模拟转换器（DAC），可将数字信号转换为模拟信号输出。DAC技术在各种应用中广泛使用，例如音频播放、传感器数据采集和电机控制。

STM32 DAC外设提供多种功能，包括：
- 多个DAC通道，支持同时输出多个模拟信号
- 可编程分辨率，从8位到12位
- 可编程采样率，高达12 MSPS
- 中断支持，用于指示转换完成或错误

# 2. DAC输出技术原理

### 2.1 DAC的架构和工作原理

数字模拟转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的电子器件。STM32单片机内置的DAC外设采用逐次逼近寄存器（SAR）架构。SAR DAC的工作原理如下：

1. **输入数字信号：**DAC接收一个数字输入信号，该信号表示要转换的模拟值。
2. **内部参考电压：**DAC内部有一个参考电压源，通常为2.5V或3.3V。
3. **比较器：**DAC包含一个比较器，用于将数字输入信号与参考电压进行比较。
4. **二进制加权电阻网络：**DAC内部有一个二进制加权电阻网络，每个电阻的权重对应于输入数字信号的某一位。
5. **逐次逼近：**DAC通过逐次逼近算法来确定模拟输出值。从最高有效位（MSB）开始，DAC依次将每个位设置为1，并比较输出电压与参考电压。
6. **输出模拟信号：**如果输出电压小于参考电压，则DAC将该位设置为0。如果输出电压大于参考电压，则DAC将该位设置为1。
7. **最终输出：**通过逐次逼近算法，DAC最终得到一个模拟输出信号，该信号与输入数字信号成比例。

### 2.2 DAC输出信号的特性

STM32 DAC输出信号具有以下特性：

- **线性度：**DAC输出信号与输入数字信号之间的关系是线性的，即输出信号的幅度与输入数字信号的值成正比。
- **分辨率：**DAC的分辨率由其内部电阻网络的位数决定。例如，一个12位DAC具有4096个不同的输出值。
- **精度：**DAC的精度表示其输出信号与理想模拟信号之间的偏差。精度通常以满量程误差（FSR）来表示，单位为LSB。
- **采样率：**DAC的采样率表示其每秒可以转换多少个数字信号。采样率越高，DAC输出信号的频率响应就越好。

### 2.3 DAC输出信号的精度和分辨率

DAC输出信号的精度和分辨率是相互关联的。分辨率决定了DAC可以输出的不同模拟值的数量，而精度决定了这些值与理想模拟信号之间的接近程度。

**分辨率：**分辨率由DAC内部电阻网络的位数决定。例如，一个12位DAC具有4096个不同的输出值，分辨率为1/4096。

**精度：**精度通常以满量程误差（FSR）来表示，单位为LSB。FSR表示DAC输出信号与理想模拟信号之间的最大偏差。例如，一个具有12位分辨率和1LSB FSR的DAC，其精度为0.0244%。

为了提高DAC输出信号的精度，可以使用以下方法：

- **使用高分辨率DAC：**高分辨率DAC具有更多的电阻网络位，从而提高了分辨率和精度。
- **校准DAC：**校准可以补偿DAC内部的误差，从而提高精度。
- **使用外部参考电压：**外部参考电压比内部参考电压更稳定，可以提高精度。

# 3. STM32 DAC硬件配置

### 3.1 DAC外设寄存器和配置

STM32的DAC外设包含多个寄存器，用于配置和控制DAC输出。主要寄存器包括：

- **DAC_CR**：控制寄存器，用于使能/禁用DAC、选择触发源、配置输出缓冲区等。
- **DAC_SWTRIGR**：软件触发寄存器，用于触发DAC转换。
- **DAC_DHR12R1**和**DAC_DHR12L1**：12位DAC数据寄存器，用于设置DAC输出值。
- **DAC_DHR12RD**和**DAC_DHR12LD**：12位双DAC数据寄存器，用于设置双DAC输出值。

配置DAC时，需要设置以下参数：

- **使能DAC**：通过设置DAC_CR寄存器的EN位使能DAC。
- **选择触发源**：通过设置DAC_CR寄存器的TSEL位选择触发源，可以是软件触发、外部触发或定时器触发。
- **配置输出缓冲区**：通过设置DAC_CR寄存器的BOFF位配置输出缓冲区，可以使能或禁用输出缓冲区。

### 3.2 DAC输出引脚配置

STM32的DAC输出引脚通常位于MCU的特定引脚上。配置DAC输出引脚时，需要进行以下设置：

- **选择DAC输出引脚**：根据MCU型号选择对应的DAC输出引脚。
- **配置引脚功能**：通过设置GPIO寄存器配置DAC输出引脚为模拟输出功能。
- **使能DAC输出**：通过设置DAC_CR寄存器的EN位使能DAC输出。

### 3.3 DAC中断配置

STM32的DAC外设提供了中断功能，用于在DAC转换完成或发生错误时触发中断。配置DAC中断时，需要进行以下设置：

- **使能DAC中断**：通过设置DAC_CR寄存器的DMAEN位使能DAC中断。
- **选择中断源**：通过设置DAC_CR寄存器的IE位选择中断源，可以是转换完成中断或错误中断。
- **配置中断优先级**：通过设置NVIC寄存器配置DAC中断优先级。

**代码示例：**

/* 使能DAC1 */
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_DAC1EN;

/* 配置DAC1输出引脚 */
GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODE5_1;  // PA5设置为模拟输出模式

/* 配置DAC1触发源为软件触发 */
DAC1->CR |= DAC_CR_TSEL1_0;

/* 使能DAC1输出缓冲区 */
DAC1->CR |= DAC_CR_BOFF1;

/* 使能DAC1转换完成中断 */
DAC1->CR |= DAC_CR_DMAEN1;

/* 配置DAC1中断优先级 */
NVIC_SetPriority(DAC1_IRQn, 2);
NVIC_EnableIRQ(DAC1_IRQn);

# 4. STM32 DAC输出实战案例

### 4.1 DAC输出正弦波

**步骤：**

1. 配置DAC外设，设置DAC输出正弦波所需的采样率、分辨率和波形参数。
2. 使用DMA或中断方式将正弦波数据传输到DAC缓冲区。
3. 启动DAC输出，开始输出正弦波。

**代码：**

#include "stm32f4xx_hal.h"

DAC_HandleTypeDef hdac;

int main(void)
{
    HAL_Init();

    // 配置DAC外设
    hdac.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&hdac);

    // 设置DAC输出正弦波参数
    DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T6_TRGO;
    sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;
    HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1);

    // 使用DMA传输正弦波数据
    uint32_t sine_wave[] = {/* 正弦波数据 */};
    DMA_HandleTypeDef hdma;
    HAL_DMA_Init(&hdma);
    HAL_DMA_Start_IT(&hdma, (uint32_t)sine_wave, (uint32_t)&hdac.Instance->DHR12R1, sizeof(sine_wave) / sizeof(uint32_t));

    // 启动DAC输出
    HAL_DAC_Start_DMA(&hda