STM32F103ZET6的DAC实现指南


参考资源链接：[STM32F103ZET6原理图](https://wenku.csdn.net/doc/646c29ead12cbe7ec3e3a640?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F103ZET6微控制器概述

## 1.1 STM32F103ZET6简介
STM32F103ZET6是STMicroelectronics（意法半导体）生产的高性能ARM Cortex-M3微控制器，具备高速处理能力和丰富的外设接口，广泛应用于工业控制、消费电子、通信等领域。其具有高达72MHz的工作频率，256 KB闪存和48 KB RAM，为复杂的应用提供了充足的存储空间和运算能力。

## 1.2 核心特性
STM32F103ZET6的核心特性包括多达112个快速I/O端口，12位模数转换器（ADC），和多个通信接口如USB OTG, CAN, I2S等。该微控制器支持操作系统如FreeRTOS，使得多任务处理变得可能。此微控制器设计的核心优势在于其动态电源控制和多种省电模式，可以在不同应用场景下有效降低能耗。

## 1.3 应用领域与优势
此微控制器特别适合那些需要高性能和高级外设集成的应用，如高端电机控制、医疗设备、智能家居、以及任何需要高级计算和处理功能的场合。其主要优势在于高性能、低功耗以及灵活的配置选项，为工程师提供了将复杂功能集成到单一微控制器的可能，大大简化了设计过程。

总结：
STM32F103ZET6作为一款高性能的ARM Cortex-M3微控制器，为各种高级应用提供了稳定可靠的平台。其核心特性、丰富的外设接口和动态电源管理功能，让它在许多领域都能够发挥出卓越的性能，满足苛刻的工业标准。

# 2. DAC基础理论与STM32实现机制

数字信号处理的快速发展使得模拟到数字的转换变得尤为重要。数模转换器（DAC）作为一个核心组件，扮演着在数字世界与现实物理世界之间架设桥梁的角色。了解DAC的基础理论和实现机制，是深入研究微控制器特别是STM32F103ZET6 DAC模块特性的前提。

## 2.1 数模转换器（DAC）基础概念

### 2.1.1 DAC的工作原理

DAC通过将数字信号转换为模拟信号来实现数字域与模拟域之间的通信。一个DAC包含数字逻辑和模拟电路两大部分。数字逻辑部分负责接收和解析输入的数字码字（通常是二进制数），而模拟电路部分则根据这些数字值生成相应的电压或电流。

DAC的工作原理可以分解为以下步骤：

1. 数字输入：一个n位的数字输入码字被送入DAC。
2. 数码到模拟转换：数字逻辑部分将输入的码字转换为等效的模拟电压或电流。
3. 模拟信号输出：模拟电路将数字逻辑的输出转换为可以驱动外部设备的模拟信号。

### 2.1.2 DAC的性能参数解析

DAC的性能由一系列参数来定义，这些参数包括但不限于分辨率、精度、线性度、转换速度和信噪比等。理解这些参数对于设计和实现高质量的信号转换过程至关重要。

- **分辨率**：DAC的分辨率通常以位数来衡量，它决定了DAC能够产生的模拟输出级数。高分辨率的DAC能够产生更加精细的模拟信号变化，从而提供更好的信号保真度。

- **精度**：DAC的精度涉及到转换过程中的误差。理想情况下，DAC的每个输出级别应该与理论值完全一致，但实际中总会有一定的偏差。

- **线性度**：描述DAC输出与理想线性关系之间的接近程度。优秀的线性度可以确保输出信号的质量。

- **转换速度**：转换速度定义为DAC从接收数字输入到产生稳定模拟输出所需的时间。快速转换速度是实现高速数字信号处理的关键。

- **信噪比（SNR）**：衡量DAC输出信号与噪声信号强度之比。较高的信噪比可以确保输出信号的清晰度。

## 2.2 STM32F103ZET6的DAC模块特性

### 2.2.1 硬件特性与寄存器配置

STM32F103ZET6微控制器集成了两个DAC输出通道。该DAC模块拥有以下硬件特性：

- 12位分辨率。
- 2个独立的DAC通道。
- 可以选择外部参考电压源或内部参考电压源。

在使用STM32F103ZET6的DAC模块之前，需要通过配置相关寄存器来初始化DAC。配置过程通常包括设置数据格式、选择触发源、启用DMA支持等。

以代码示例进行配置：

// 启用DAC和DMA时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_DACEN;
RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_DMA1EN;

// 配置DAC模式控制寄存器
DAC->CR = DAC_CR_DMAEN1 | DAC_CR_DMAEN2 | DAC_CR_TSEL1_3 | DAC_CR_BOOST;

// 如果需要使用DMA，还需配置相应的DMA通道
DMA1_Channel3->CMAR = (uint32_t)&data_to_send; // 设置DMA内存地址
DMA1_Channel3->CNDTR = number_of_values;       // 设置DMA传输值的数量
DMA1_Channel3->CPAR = (uint32_t)&DAC->DHR12R1; // 设置DAC通道1的外设地址
DMA1_Channel3->CCR |= DMA_CCR_EN | DMA_CCR_PL_1; // 启用DMA并设置优先级

代码解释：上述代码块展示了如何配置STM32F103ZET6的DAC模块以及其DMA通道。代码段中，我们开启了DAC和DMA时钟，配置了DAC的模式控制寄存器，并对DMA通道进行了设置。具体参数解释如下：

- `DAC_CR_DMAEN1` 和 `DAC_CR_DMAEN2` 分别启用DAC1和DAC2的DMA功能。
- `DAC_CR_TSEL1_3` 选择触发源为定时器3。
- `DAC_CR_BOOST` 启用高驱动能力。
- `DMA1_Channel3->CMAR` 设置DMA的内存地址，指向将要发送给DAC的数据。
- `DMA1_Channel3->CNDTR` 设置DMA传输的字数。
- `DMA1_Channel3->CPAR` 指向DAC的数据保持寄存器，即DAC的输入。

### 2.2.2 DAC转换精度与速度分析

DAC的转换精度与速度是其性能评估的重要指标。在STM32F103ZET6微控制器中，DAC模块的转换精度为12位，意味着它能够产生4096（2^12）个不同的输出级别。

DAC的转换速度受多个因素影响，包括内部电路的设计、所选时钟频率，以及任何外加的滤波器或信号处理电路。STM32F103ZET6的DAC模块在默认配置下能够以最高频率达到MSample/s级别的数据吞吐量。

速度参数还受到软件配置的影响，例如，启用DMA可以提高数据传输速率，避免CPU在数据发送过程中进行不必要的干预，从而提高整体的转换效率。

## 2.3 STM32F103ZET6 DAC接口与编程模型

### 2.3.1 直接内存访问（DMA）与DAC接口

DMA与DAC的接口是实现高速、高效数据转换的关键。使用DMA可以在不涉及CPU的情况下直接将数据从内存传输到DAC的保持寄存器中，大幅减少了CPU的负担。

STM32F103ZET6的DAC模块支持DMA传输，使得连续的数字数据转换成为可能，非常适合于音频信号处理、波形生成等需要高速数据传输的应用场景。

### 2.3.2 DAC编程模型和库函数使用

在STM32的固件库中，针对DAC的编程模型提供了丰富的函数库。库函数的使用不仅简化了编程工作，还提供了高级抽象，使开发者能够专注于应用逻辑而非底层细节。

使用库函数实现DAC的基本配置和输出示例如下：

// 初始化DAC
DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;
DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None; // DAC触发源
DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None; // 波形生成
DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable; // 输出缓冲启用
DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure); // 初始化DAC通道1
DAC_Init(DAC_Channel_2, &DAC_InitStructure); // 初始化DAC通道2
DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); // 使能DAC通道1
DAC_Cmd(DAC_Channel_2, ENABLE); // 使能DAC通道2

// 设置DAC的模拟输出值
uint16_t value = 0;
DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, value); // 设置DAC通道1的数据，12位右对齐
DAC_SetChannel2Data(DAC_Align_12