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基于STM32 DAC+TIMER+DMA经验分享

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攻城狮Melo 发布时间:2023-7-11 22:39
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  o: |$ J5 I7 L) F5 P2 R
现在有如下图所示的这样一个需求,希望使用STM32芯片来实现。
* b% }/ s" i+ Y! A
横轴表示时间,纵轴表示电压【3.3v为限】,不同时刻的电压输出不一样、持续时间也不尽相同。

6 _+ B' l! D- Y$ J) G4 c
微信图片_20230711223550.png
* v1 T$ t4 `/ e6 ~" ]
此问题源于某高校STM32学习时的习题,这里拿出来一起交流探讨下。方法不是唯一的,尤其基于不同STM32系列。这里尽量使用通用、常规的方法,算是抛砖引玉。
: B: F  U5 \1 v0 d
显然,我们可以考虑使用STM32的DAC加TIMER以及片内其它资源加以实现。

& ~6 B% ~) e# o: V+ y' K
对于这个实现我们可以分两种方式完成,每一种方式同时也体现不同难度。
/ w3 b# g$ b7 f% D, E; @$ t7 ~3 ?. ~
我们可以考虑下面两种应用情形:
/ e! s4 z0 B$ G  i( O
第一种方式:MCU除了做这一件事外,还做点别的,比方做按键响应、ADC采样这些,整体上没有太复杂的功能和要求。【中断方式】

  y) D( Q+ Q. e/ f
第二种方式:MCU的主要工作是别的而不再是这个输出了,要求该输出自启动后不再需要CPU的参与,即由相应外设自行完成。【DMA方式】

4 I$ L/ H" d' j: I0 d% x4 {6 {
对于第一种实现方式,我们可以用个TIMER作为时基,每到适当的计时点就通过TIMER中断及时修改DAC的输出值而改变输出电压。至于对DAC输出寄存器赋值,可以直接在定时器中断里操作,也可以先在定时器中断里设置标志位后在主循环里实现修改,可以灵活决定。显然,这样操作也不会影响其它按键处理、ADC处理等。该方式的实现就介绍到这里,重点聊聊第二种方式。
, s* G! a$ g2 n) h/ ~, V+ J
对于第二种方式,显然不能使用中断,这里就得DMA出场了。因为人家要求该输出自启动后不再让CPU参与。这里有两个量都是变的,DAC的输出值在变,不同DAC输出所持续的时间也在变。这两个变量都需要DMA帮忙完成,显然DAC的输出需要使用TIMER事件来触发DMA,这里使用更新事件比较合理。那么,TIMER自身的数据更新又如何实现呢?我们可以考虑使用TIMER的比较事件来触发另外的DMA请求以更新自己。

" t% I6 E8 a; W, A
下面我使用STM32F4系列芯片的TIM1及DAC来实现第二种需求。【当然,使用STM32其它系列,比如G4,H5,H7,U5等都可以】

( D7 U" [6 F+ ^- D5 v7 f' K4 U2 [
TIM1的更新事件触发DMA,修改DAC的输出寄存器的值以改变输出。另外,选择TIM1通道1的比较事件触发DMA【哪个通道比较事件不重要,能触发DMA即可】,使用TIMER DMA Burst传输同时修改TIM1的ARR,RCR,CCR1三个寄存器的值,此处RCR始终用0值。因为这里要修改CCR1的值,RCR夹在ARR和CCR1寄存器中间,做Burst传输时RCR必须每次被使用。【这里CCR1的值其实也可以固定不变。我是每次取ARR的中间值作为CCR1的值,不是必须的。主要是考虑到有些应用场合可能需要动态修改CCR值,在此特意拓展下TIMER Burst传输的应用介绍。】

) Q+ Y! k% b: w2 V3 T; C
下面是关于TIM1时基参数的初始配置,其中ARR和CCR1值我是随便设定的,算是个过渡值,目的就是产生更新事件和比较事件,之后都会按照代码中预定的数据运行。
/ V1 P7 ]8 ^* T: q% M+ \3 O

: s2 T5 m1 n& S' Z! E+ r
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7 D4 e% Z% v+ e; G, ^$ H
下面是有关TIM1的基于更新事件和通道1比较事件的DMA配置。

' h7 f! m7 \9 ^( F- g
微信图片_20230711223613.png

. N9 y' t% }4 M% m' U
下面截图是关于DAC的CubeMx配置,比较简单,开启其输出功能即可。

0 J' d- S, H4 m
微信图片_20230711223610.png

& g7 U' m5 U8 X( }
下面截图里的数组DacOutData[10]存放不同时刻DAC输出所对应的数据。数组PulseData3[30]存放10次DMA Burst 传输用到的数据。显然这两个数组数据在使用时间上要匹配,否则输出波形对不了。
; h' B/ p) ?8 H3 B* e
微信图片_20230711223602.png

4 U' H# j# I/ v$ h3 E7 T
下面是具体的用户代码,使用CubeMx进行配置和STM32 HAL库函数,以源码形式放在下面,供有需要的参考、使用。
  1. HAL_DMA_Start_IT(&hdma_tim1_up, (uint32_t) DacOutData, \
    $ s* Y7 g, B! y7 z4 Z* r/ W8 ^
  2. (uint32_t)&hdac.Instance->DHR12R1, 10);& f9 C$ T/ ]5 m% U! x4 c
  3. 0 z4 H; J2 C, X( p7 p8 F+ U* v
  4.   __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim1,TIM_FLAG_UPDATE);" L7 L7 L( `: q' q
  5.   __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim1,TIM_DMA_CC1);
    7 Q7 U6 N9 l: |2 ]0 y$ J

  6. 5 e. {& w& c% d0 H3 i# C9 r( C
  7.   HAL_TIM_DMABurst_MultiWriteStart(&htim1, TIM_DMABASE_ARR, \
    ( F$ p6 o2 g' l7 t
  8.   TIM_DMA_CC1,(uint32_t *)PulseData3,   \, }0 [5 [- ~6 F! h2 ]
  9.   TIM_DMABURSTLENGTH_3TRANSFERS,10*3);! o4 V  E0 y% j" Q4 K

  10. : A2 k$ d& M' K: D! F$ K
  11.   __HAL_TIM_ENABLE_DMA(&htim1, TIM_DMA_UPDATE);8 V5 M+ f7 F  k

  12. + }5 d+ O% h3 D( d( E* D* B
  13.   HAL_DAC_Start(&hdac,  DAC_CHANNEL_1);) g$ Z; c% b  X8 }9 X

  14. 9 o8 [" M3 C( R- S  G- j* Z7 p' P
  15. __HAL_TIM_ENABLE(&htim1);
复制代码
% c' f3 Q( D% O7 [6 w0 \2 r& E
下面黑底黄线图是基于上面配置及代码的最终实现截图。跟最初的需求曲线进行比对,不难发现是一致的。

8 k; Q3 {7 Q! P. q, s
微信图片_20230711223559.png

9 N' o+ Z' X: b
' Q8 ]* g5 P  G1 I" \
OK,今天的分享就到这里,是些比较基础的东西。只有掌握最基础的,才会有最灵活的发挥。
" ~$ h! U* w$ |
转载自: 茶话MCU
% K3 ~9 y$ W) N2 U
如有侵权请联系删除

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