STM32 DAC深入剖析：数字信号转换的专家指南

# 1. STM32 DAC概述**

STM32 DAC（数模转换器）是一种外设，负责将数字信号转换为模拟信号。它在各种应用中至关重要，如音频信号生成、电压输出控制和电流输出控制。STM32 DAC具有出色的性能，包括高分辨率、快速转换速度和低功耗。本章将提供STM32 DAC的概述，包括其功能、特性和优势。

# 2. DAC理论基础

### 2.1 数字信号转换的基本原理

数字信号转换（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的过程。它在各种电子系统中广泛应用，例如音频、视频和工业控制。

DAC的基本原理是将数字信号中的二进制数转换为模拟电压或电流。数字信号由一串二进制位组成，每个二进制位表示信号的幅度。DAC将每个二进制位转换为模拟电压或电流，从而产生连续的模拟信号。

### 2.2 DAC的架构和工作原理

#### 2.2.1 DAC的类型

DAC有多种类型，每种类型都有其独特的优势和劣势。最常见的DAC类型包括：

- **R-2R DAC：**使用电阻网络将数字信号转换为模拟信号。
- **逐次逼近寄存器（SAR）DAC：**使用二分法逐个位地将数字信号转换为模拟信号。
- **Σ-Δ DAC：**使用过采样和噪声整形技术将数字信号转换为模拟信号。

#### 2.2.2 DAC的性能指标

DAC的性能由以下指标衡量：

- **分辨率：**DAC可以输出的模拟信号中的不同电压或电流电平的数量。
- **精度：**DAC输出的模拟信号与输入的数字信号之间的误差。
- **转换速率：**DAC将数字信号转换为模拟信号的速度。
- **输出范围：**DAC可以输出的模拟信号的电压或电流范围。

### 代码块：R-2R DAC的工作原理

// R-2R DAC工作原理
// 输入：数字信号（二进制数）
// 输出：模拟电压

// R-2R电阻网络
int R1 = 1000; // 上拉电阻
int R2 = 1000; // 下拉电阻

// 根据二进制数设置电阻网络
int binaryNumber = 0b1010; // 二进制数1010

// 计算模拟电压
int analogVoltage = (binaryNumber / (pow(2, 4) - 1)) * Vref;

// 输出模拟电压
analogOut.write(analogVoltage);

**逻辑分析：**

此代码块展示了R-2R DAC的工作原理。它将二进制数转换为模拟电压。

- **步骤1：**设置R-2R电阻网络。上拉电阻R1和下拉电阻R2形成电阻网络。
- **步骤2：**根据二进制数设置电阻网络。二进制数中的每个位表示一个电阻。例如，二进制数1010表示电阻R1为上拉，R2为下拉，R3为上拉，R4为下拉。
- **步骤3：**计算模拟电压。模拟电压是二进制数与参考电压（Vref）的乘积。
- **步骤4：**输出模拟电压。模拟电压输出到模拟输出引脚。

# 3. STM32 DAC硬件架构

### 3.1 DAC外设寄存器

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

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| DAC_CR | 控制寄存器，用于配置触发源、DMA传输使能、输出缓冲使能等 |
| DAC_SWTRIGR | 软件触发寄存器，用于手动触发DAC转换 |
| DAC_DHR12R1 | 12位数据寄存器，用于存储要转换的12位数据 |
| DAC_DHR12L1 | 12位数据寄存器，用于存储要转换的12位数据（低8位） |
| DAC_DHR8R1 | 8位数据寄存器，用于存储要转换的8位数据 |
| DAC_DOR1 | 数据输出寄存器，存储转换后的数据 |
| DAC_SR | 状态寄存器，指示DAC状态，如转换完成、DMA传输完成等 |

### 3.2 DAC外设配置

#### 3.2.1 时钟配置

DAC时钟配置至关重要，因为它决定了DAC的转换速率和精度。STM32 DAC支持多种时钟源，包括：

- 内部RC时钟
- 外部时钟
- APB时钟

时钟配置通过DAC_CR寄存器的CKMODE位进行。

#### 3.2.2 触发配置

DAC转换可以通过软件触发或硬件触发启动。软件触发通过DAC_SWTRIGR寄存器进行，而硬件触发可以通过外部触发源或定时器触发。

触发配置通过DAC_CR寄存器的触发源位（TSEL位）进行。

#### 3.2.3 数据格式配置

DAC数据格式配置决定了要转换数据的位宽。STM32 DAC支持以下数据格式：

- 12位
- 8位

数据格式配置通过DAC_CR寄存器的FMT位进行。

**代码块：DAC外设时钟配置**

// 配置DAC时钟源为内部RC时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_DACEN; // 使能DAC时钟
DAC->CR |= DAC_CR_EN1; // 使能DAC1
DAC->CR |= DAC_CR_TSEL1_