基于STM32利用ADC+DMA采样显示经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2024-5-29 17:24

技术帖
文章封面:
文章简介:	DAC，即Digital to Analog Convertor，是数字到模拟转换器，也称为D/A转换器。其核心部分由R-2R电阻网络（也称倒T型电阻网络）、模拟开关和运算放大器组成。它可以将二进制码或BCD码表示的数字量转换为与其成正比的模拟量输出。

DAC，即Digital to Analog Convertor，是数字到模拟转换器，也称为D/A转换器。其核心部分由R-2R电阻网络（也称倒T型电阻网络）、模拟开关和运算放大器组成。它可以将二进制码或BCD码表示的数字量转换为与其成正比的模拟量输出。

DAC的工作原理主要包括数字信号采样、量化、编码和模拟信号输出几个步骤。首先，将连续变化的模拟信号在一定的时间间隔内进行离散取样，即数字信号采样。接着，对采样后的数字信号进行量化，将其转换为离散的数值。然后，通过编码将量化后的数值进行转换，以便DAC能够识别和处理。最后，DAC将这些数字信号转换为模拟信号输出。

DAC是数字系统和模拟系统之间的桥梁，具有广泛的应用领域。在音频处理中，DAC被用来将数字音频信号转换为模拟音频信号，以驱动扬声器和耳机，其性能对音频质量有着决定性的影响。在通信系统中，DAC用于将数字信号转换为模拟信号，以实现信号调制和解调。此外，在仪器仪表领域，DAC也被广泛应用于各种测量和控制设备中。

微信图片_20240529172405.png

STM32中的DAC（视芯片而定例如F407ZGT6是2个DAC通道,有些芯片不支持DAC功能）支持12模式的数据输入，可以双通道同时转换。

本期我们将介绍如何使用STM32F407和CubeMX利用HAL库实现DAC的输出。（本来是想使用C8T6的，结果突然想起来C8T6）没有DAC。

CubeMX配置

微信图片_20240529172401.png

在DAC通道中开启DAC，在F407ZGT6中DAC1对应PA4,DAC2对应PA5。

微信图片_20240529172356.png

OutputBuffer这里设置DAC的输出缓存使能，Trigger是DAC是触发方式，这里我们选择不触发（手动写入）。

如果选择触发的话是从缓存区写入数据。

微信图片_20240529172353.png

这里顺带加一路ADC采样，因为手上没有示波器，所以使用ADC来进行查看。

这里使用DMA进行采样，具体可以参考公众号之前的关于DMA+ADC采样的内容。

STM32的DMA采样+FFT时域分析（STM32F407）

但是相比于之前的，需要更改一些设置，首先是DMA的设置

微信图片_20240529172349.png

这里设置单词请求，而不是循环模式防止数据跑飞掉。

MX_GPIO_Init();
. D5 ]9 B8 x0 d0 @- {9 o
MX_DMA_Init();
/ U) A) J! M+ `! j$ ^9 D, M
MX_ADC1_Init();
% V" W, V$ M. T
MX_DAC_Init();
4 w+ y/ O, _4 ?+ B5 f( G
MX_USART1_UART_Init();
9 c+ ^* t5 y' f' Y9 c a) `
MX_TIM1_Init();& t% z' k7 U' _# o% O7 Z
MX_TIM2_Init();
2 G6 f$ N- [: ^7 g
/* USER CODE BEGIN 2 */ S M( p5 Q- i4 d6 ]1 W7 R( m
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); //用来触发adc采样
; B' @- Y" |" E; A4 u& y! o
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)AD_Value, ADLenth);//开启ADC0 P5 G: }) n) Y9 I: k2 b8 {6 J
HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1); T5 K$ s+ z5 Z+ w. R5 \' z
/* USER CODE END 2 */3 Q% O0 E" B3 G3 e! ^$ x" R
6 z' M, f# X8 m# X& B' R$ G5 Y; O
/* Infinite loop */0 T, Z. N( V' ]" n+ m, ?
/* USER CODE BEGIN WHILE */
' B& ~1 I! ~) X, l7 a
while (1)
. I4 T$ ~! p& O' O/ p
{6 s- W! f0 Q# z5 ?! |5 F
/* USER CODE END WHILE */$ Z/ t& b0 N# \7 d$ x/ i
: }: F0 Q! v: X% s, o% C
/* USER CODE BEGIN 3 */
( D m5 x7 s C) ^- f0 s- f, d
if(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0))
3 ~6 c7 e! ^+ x2 `9 t# [
{
% O" J( g) }9 ?7 E0 ~/ E; U: h h
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)AD_Value, ADLenth);//开启ADC- r6 p1 f' T5 R" R+ j1 a
- i$ {- [0 G5 Q# z+ f% B
HAL_Delay(20);
7 @$ U: u5 w: T0 R- y- ^/ w
8 Y" l, R6 O$ w, ?
while(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0));$ {( W6 |7 t% A9 s& u
HAL_Delay(1000);0 U$ l3 M5 ]# Y9 W* X
for(int i = 0;i<ADLenth;i++)' R4 c5 [# Z; U1 w7 F/ S$ T) ~+ r
{
1 C' z# a2 ?+ X
printf("A:%d\r\n",AD_Value[i]);% Q0 @& c |& P9 i" `2 j
}
; S$ E$ S* ?# S/ z( {# n
+ V6 G. b- N# j x1 G8 h4 `: [
7 ]0 W& U$ m% ?) l: X2 X: m
}' l- n2 {' q0 A+ C1 Y0 k
} ?/ f' T+ X, Z$ _5 W
/* USER CODE END 3 */& O( U5 t3 e4 |
}

复制代码

我们编写一段代码。

按下按键的时候设置DAC的值，开启DMA传输，再加上ADC采样，之后输出结果。

微信图片_20240529172345.png

可以看到，我们按下按键之后，ADC的值会呈阶梯状上升。

三角波发生器

微信图片_20240529172342.png

在DAC配置中打开波形发生器，触发方式选择定时器2触发，三角波最大振幅511。

微信图片_20240529172337.png

之后开启定时器2，由于ADC的采样率是1000HZ，因此根据奈奎斯特采样定律，信号的最大频率不能超过500HZ，因此我们使用100HZ的三角波。

微信图片_20240529172334.png

定时器设置好时间之后，设置触发事件。

微信图片_20240529172331.png

芯片手册中简单的介绍了一下如何计算三角波的频率。当触发信号发生后，内部计数器的值就会+1，所以频率可以用如下公式计算：

定时器频率/分频系数+1/Period/三角波最大值/2

HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); //用来触发adc采样. D+ n: x& Z1 W1 G% l
HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); //用来触发DAC输出
1 f( M* H7 B5 P( K
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)AD_Value, ADLenth);//开启ADC% U, m X4 E6 y/ {, ]8 X) V
HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);
/ k7 v' j2 M8 V/ p
HAL_DAC_SetValue(&hdac,DAC_CHANNEL_1,DAC_ALIGN_12B_L,0);//设置直流信号

复制代码

正弦波发生器

微信图片_20240529172323.png

首先是定时器触发（方便控制频率）。但是关闭波形发生器。

微信图片_20240529172320.png

添加DMA,模式选择循环模式。

还有改变一下定时器的频率！

其他几乎不做改变。

#define POINTS 256
9 l& J+ u7 F: H
#define MIN_VALUE 50
6 v# r B# ^% H4 I6 d
#define MAX_VALUE 650 $ h$ C7 \' n, o; a
#define SCALE ((MAX_VALUE - MIN_VALUE) / 2.0) % ]6 _. P/ g$ U6 {. k x- a
#define OFFSET 50 " x% J( {: I B" @7 {% ?1 b/ ~' _
#define M_PI 3.14159265
1 A8 W( U4 }8 I2 A4 F2 O8 ?
, V/ b2 Q, p! J$ X, \
uint16_t SinWaveInt[POINTS];
6 C5 y% f# n; c l8 A9 T
int SinWave[POINTS];
7 Z3 {- G* Y0 `- J( B6 _0 @; W
void SinInit(void)
8 R3 i m5 c: s
{ & j$ P" D v8 G& m. }% h
for (int i = 0; i < POINTS; i++)
, i! I8 W; c, L: Y& j
{
. a( h. O+ ?4 w% C" Q3 Z/ [; N
double x = ((double)i / (POINTS - 1)) * 2 * M_PI; ( E* J- K" X X" d& L9 C
double sin_value = sin(x); // 计算正弦值 ' F6 u. _& p5 }# W
SinWave[i] = (int)((sin_value + 1) * SCALE + OFFSET);
R7 t' Z! q* N# @8 @
SinWaveInt[i] = (uint16_t)SinWave[i]; 3 d& }6 Y1 N, P1 |$ L( s+ O) g
}% T2 X' c- N! l4 ?0 t3 ^' r( m! G
}

复制代码

计算一个正弦表。

这里的Points决定了分辨率，结合定时器触发频率决定了正弦波的信号。

微信图片_20240529172317.png

测试一下正弦表，输出的是正弦信号。

我们之后将正弦信号表导入DMA中。

SinInit();$ h) x7 G4 t; w- n3 ]' H9 v
HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)SinWave, POINTS, DAC_ALIGN_12B_R);

复制代码

正弦表初始化，之后启动DMA传输，导入正弦信号。

微信图片_20240529172311.png

测试正弦信号成功。

FM调制

#define POINTS 1024
9 H2 m$ H- C- J2 U3 y1 [- ?2 _
#define MIN_VALUE 50 2 a" z& ?1 K# D
#define MAX_VALUE 650
& n2 G9 C4 K7 I& f6 w3 i% p ?
#define SCALE ((MAX_VALUE - MIN_VALUE) / 2.0) 5 u w$ {3 G' n% O3 D/ p
#define OFFSET 50 & w ]( j) ^( K
#define M_PI 3.14159265
G6 W1 P/ g; `* N
! j3 `7 _! k% x! N: l. ~! H0 p
uint16_t SinWaveInt[POINTS];
~+ @/ j% p5 x/ F6 u7 e1 z3 n
int SinWave[POINTS]; . s2 x0 E' T; [: q9 B" {
void SinInit(void)
: r, g4 z4 e* \: o( U# t; T
{ : a3 i2 ~( y p/ D- g2 l
for (int i = 0; i < POINTS; i++)
T9 X9 f+ Q! n9 E) O
{
7 J3 c! g2 h& A- H
double x = ((double)i / (POINTS/4 - 1)) * 2 * M_PI; . [0 W9 ]+ r5 s
double sin_val = sin(x)*sin(x/4); // 计算正弦值
# M) J$ Y/ k& \+ C0 c
SinWave[i] = (int)((sin_value + 1) * SCALE + OFFSET);
$ `5 A+ W* s! N$ Q4 ^1 g# v
SinWaveInt[i] = (uint16_t)SinWave[i];
8 h Z' H9 k' t& z8 u
}$ R1 ?* a/ {, ~ x0 z
}