STM32 DAC数模转换：原理、配置与应用详解

# 1. STM32 DAC数模转换概述

STM32微控制器集成了数模转换器（DAC），可将数字信号转换为模拟信号。DAC在各种应用中至关重要，例如模拟信号输出、波形生成和数据采集。

本指南将深入探讨STM32 DAC的原理、配置和应用。我们将涵盖DAC的结构、工作原理、性能指标和STM32 DAC的硬件架构。此外，我们将详细介绍DAC配置步骤，包括初始化、模式和参数配置。

# 2. STM32 DAC原理与配置

### 2.1 DAC基本原理

#### 2.1.1 DAC的结构和工作原理

数模转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的电子器件。它通常由以下主要部分组成：

- **参考电压源：**提供一个稳定的参考电压，用于确定DAC的输出范围。
- **数字输入寄存器：**存储要转换的数字值。
- **解码器：**将数字值解码为模拟电压。
- **输出放大器：**放大解码器的输出电压，以提供所需的输出范围。

DAC的工作原理如下：

1. 数字输入寄存器接收要转换的数字值。
2. 解码器将数字值转换为模拟电压。
3. 输出放大器放大模拟电压，以提供所需的输出范围。

#### 2.1.2 DAC的性能指标

DAC的性能通常由以下指标衡量：

- **分辨率：**DAC输出信号中可分辨的最小电压变化。单位为位（bit）。
- **精度：**DAC输出信号与理想输出信号之间的偏差。单位为LSB（最小有效位）。
- **线性度：**DAC输出信号与输入信号之间的线性关系。单位为LSB。
- **转换时间：**将数字值转换为模拟信号所需的时间。单位为纳秒（ns）。
- **输出阻抗：**DAC输出端的阻抗。单位为欧姆（Ω）。

### 2.2 STM32 DAC硬件架构

#### 2.2.1 DAC外设寄存器

STM32 DAC外设包含以下主要寄存器：

- **DHRx寄存器：**存储要转换的数字值。
- **CRx寄存器：**控制DAC的模式和参数。
- **SRx寄存器：**指示DAC的状态。

#### 2.2.2 DAC时钟和触发机制

STM32 DAC的时钟源可以是内部时钟或外部时钟。触发机制可以是软件触发或硬件触发。

- **内部时钟：**由内部RC振荡器提供。
- **外部时钟：**由外部时钟源提供。
- **软件触发：**通过软件设置触发位来触发转换。
- **硬件触发：**通过外部事件（例如定时器中断）来触发转换。

### 2.3 DAC配置步骤

#### 2.3.1 DAC初始化

DAC初始化步骤如下：

1. 使能DAC外设时钟。
2. 配置DAC时钟源和触发机制。
3. 配置DAC输出范围。

#### 2.3.2 DAC模式和参数配置

DAC模式和参数配置步骤如下：

1. 选择DAC模式（单通道或双通道）。
2. 配置DAC分辨率。
3. 配置DAC采样率。
4. 配置DAC输出滤波器。

**代码示例：**

/* DAC初始化 */
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_DACEN;
DAC->CR |= DAC_CR_EN1;

/* DAC时钟配置 */
DAC->CR |= DAC_CR_TEN1;
DAC->CR |= DAC_CR_TSEL1_0;

/* DAC输出范围配置 */
DAC->CR |= DAC_CR_BOFF1_0;

/* DAC模式配置 */
DAC->MCR |= DAC_MCR_MODE1_0;

/* DAC分辨率配置 */
DAC->CR |= DAC_CR_MDMA1_0;

/* DAC采样率配置 */
DAC->CR |= DAC_CR_FSEL1_0;

/* DAC输出滤波器配置 */
DAC->CR |= DAC_CR_OF1_0;

**逻辑分析：**

这段代码对DAC1进行初始化和配置。它使能了DAC1时钟，配置了DAC1时钟源为内部时钟，配置了DAC1输出范围为0-VREF，配置了DAC1模式为单通道，配置了DAC1分辨率为12位，配置了DAC1采样率为100ksps，配置了DAC1输出滤波器为2阶Sinc滤波器。

# 3. STM32 DAC应用实践

### 3.1 DAC基本应用

#### 3.1.1 模拟信号输出

STM32 DAC的基本应用之一是模拟信号输出。通过DAC，我们可以将数字信号转换为模拟信号，输出到外部设备。例如，我们可以使用DAC输出模拟音频信号，连接到扬声器或耳机。

**操作步骤：**

1. 初始化DAC外设，设置工作模式和参数。
2. 将数字信号写入DAC数据寄存器。
3. 启动DAC输出。

#### 3.1.2 波形生成

DAC还可以用于生成各种波形，如正弦波、方波、三角波等。通过控制DAC输出的数字信号，我们可以生成不同频率和幅度的波形。

**操作步骤：**

1. 根据所需波形，生成相应的数字信号。
2. 将数字信号写入DAC数据寄存器。
3. 启动DAC输出。

### 3.2 DAC高级应用

#### 3.2.1 双通道DAC输出

STM32 DAC支持双通道输出，即同时输出两个模拟信号。这可以用于生成立体声音频信号，或控制两个独立的模拟设备。

**操作步骤：**

1. 初始化两个DAC通道，设置工作模式和参数。
2. 将两个数字信号分别写入两个DAC数据寄存器。
3. 启动两个DAC输出。