STM32 DAC详解：从原理到实战输出正弦波

news2025/5/15 10:27:46

- 一、DAC基础原理
- - 1.1 DAC的作用与特性
  - 1.2 DAC功能框图解析
- 二、DAC配置步骤
- - 2.1 硬件配置
  - 2.2 初始化结构体详解
- 三、DAC数据输出与波形生成
- - 3.1 数据格式与电压计算
  - 3.2 正弦波生成实战
  - - 3.2.1 生成正弦波数组
    - 3.2.2 配置DMA传输
    - 3.2.3 定时器触发配置
- 四、常见问题与优化建议
- - 4.1 典型问题
  - 4.2 扩展应用
- 五、总结

本文基于STM32系列微控制器的DAC（数字模拟转换器）模块，系统讲解其原理、配置方法、数据输出模式及实战应用。内容涵盖DAC功能框图、寄存器配置、波形生成原理、HAL库函数使用，并提供完整的代码示例和设计思路，帮助初学者快速掌握DAC开发技巧。

一、DAC基础原理

1.1 DAC的作用与特性

DAC（Digital to Analog Converter）是将数字信号转换为模拟电压的核心外设，广泛应用于音频输出、电机控制、传感器驱动等场景。STM32的DAC模块具备以下特性[1]：

双通道独立输出：支持通道1（PA4）和通道2（PA5）。
高分辨率：12位模式下可输出4096级电压（0~3.3V）。
多触发模式：支持软件触发、定时器触发及外部事件触发。
波形生成功能：可输出噪声波、三角波，结合DMA可实现复杂波形（如正弦波）。

1.2 DAC功能框图解析

在这里插入图片描述

STM32的DAC模块核心由以下部分组成：

参考电压源（VREF+）：决定输出电压范围（通常接3.3V）。
数据寄存器（DHRx/DORx）：DHRx为数据保持寄存器，DORx为输出寄存器，数据通过触发事件从DHRx转移到DORx。
触发逻辑：控制数据转换时机，支持定时器、外部中断等触发源。
输出缓冲器：降低输出阻抗，但可能引入电压偏移（需根据负载选择是否启用）。

二、DAC配置步骤

2.1 硬件配置

引脚初始化：将PA4/PA5配置为模拟输入模式（AIN），避免干扰。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

时钟使能：开启DAC和GPIO时钟。

__HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

2.2 初始化结构体详解

通过DAC_HandleTypeDef配置DAC工作模式：

DAC_HandleTypeDef hdac;
hdac.Instance = DAC1;

DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {
    .DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T2_TRGO,  // 定时器2触发
    .DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE, // 禁用输出缓冲
    .DAC_OutputSwitch = DAC_OUTPUTSWITCH_ENABLE
};
HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1);

关键参数说明：

触发模式：DAC_TRIGGER_NONE（自动触发）或外部触发（如定时器）。
数据对齐：12位右对齐（DAC_ALIGN_12B_R）适用于常规电压输出。
输出缓冲：禁用缓冲可输出0V，但驱动能力较弱。

三、DAC数据输出与波形生成

3.1 数据格式与电压计算

输出电压公式：
$[ V_{out} = \frac{DORx \times V_{REF+}}{4095} ]$

例如，12位模式下设置值为2048时，输出电压为1.65V。

3.2 正弦波生成实战

3.2.1 生成正弦波数组

#define SAMPLES 256 // 采样点数
uint16_t sin_wave[SAMPLES];

for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
    sin_wave[i] = (uint16_t)(2047 * sin(2 * 3.1415926 * i / SAMPLES) + 2048);
}

3.2.2 配置DMA传输

HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t*)sin_wave, SAMPLES, DAC_ALIGN_12B_R);

3.2.3 定时器触发配置

TIM_HandleTypeDef htim2;
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 0;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = SystemCoreClock / (SAMPLES * 1000); // 生成1kHz正弦波
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);