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第三十九章 DAC输出实验
本章介绍使用APM32F407的DAC输出指定的电压值。通过本章的学习。读者将学习到DAC的使用。
本章分为如下几个小节:
39.1 硬件设计
39.2 程序设计
39.3 下载验证
39.1 硬件设计
39.1.1 例程功能
- DAC的输出作为ADC的输入,并在LCD上显示DAC输出电压的数字量和模拟量和ADC采集到电压的模拟量
- 按下KEY_UP和KEY0按键,可分别增加和减少DAC的输出
- 可通过USMART直接设置DAC输出的电压值
- LED0闪烁,指示程序正在运行
39.1.2 硬件资源 - LED
LED0 - PF9 - 按键
KEY0 - PE4
KEY_UP - PA0 - USART1(PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上)
- 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(仅限MCU屏,16位8080并口驱动)
- ADC1
通道1 - PA1 - DAC
通道1 - PA4
39.1.3 原理图
本章实验使用的DAC为APM32F407的片上资源,因此没有对应的连接原理图。
39.2 程序设计
39.2.1 Geehy标准库的DAC驱动
本章实验主要使用DAC的通道1(PA4引脚)输出指定的电压值(0V~3.3V),其具体的步骤如下:
①:配置DAC的通道1
②:使能DAC的通道1
③:配置DAC通道1的保持寄存器,以输出指定电压
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下:
①:配置DAC通道
该函数用于配置DAC通道的相关参数,其函数原型如下所示:
void DAC_Config(uint32_t channel, DAC_Config_T* dacConfig);
该函数的形参描述,如下表所示:
形参 描述
channel 指定DAC的通道
例如:DAC_CHANNEL_1、DAC_CHANNEL_2(在apm32f4xx_dac.h文件中有定义)
dacConfig 指向DAC通道配置结构体的指针
需自行定义,并根据DAC通道的配置参数填充结构体中的成员变量
表39.2.1.1 函数DAC_Config()形参描述
该函数的返回值描述,如下表所示:
返回值 描述
无 无
表39.2.1.2 函数DAC_Config()返回值描述
该函数使用的DAC_Config_T类型的结构体变量传入DAC通道的配置参数,该结构体的定义如下所示:
c
typedef enum
{
DAC_TRIGGER_NONE = 0x00000000, /* 禁用DAC通道触发 */
DAC_TRIGGER_TMR6_TRGO = 0x00000004, /* 定时器6的TRGO事件 */
DAC_TRIGGER_TMR8_TRGO = 0x0000000C, /* 定时器8的TRGO事件 */
DAC_TRIGGER_TMR7_TRGO = 0x00000014, /* 定时器7的TRGO事件 */
DAC_TRIGGER_TMR5_TRGO = 0x0000001C, /* 定时器5的TRGO事件 */
DAC_TRIGGER_TMR2_TRGO = 0x00000024, /* 定时器2的TRGO事件 */
DAC_TRIGGER_TMR4_TRGO = 0x0000002C, /* 定时器4的TRGO事件 */
DAC_TRIGGER_EINT9 = 0x00000034, /* 外部中断线9 */
DAC_TRIGGER_SOFT = 0x0000003C /* 软件触发 */
} DAC_TRIGGER_T;
typedef enum
{
DAC_OUTPUT_BUFFER_ENBALE = 0x00000000, /* 禁用输出缓存 */
DAC_OUTPUT_BUFFER_DISABLE = 0x00000002 /* 使能输出缓存 */
} DAC_OUTPUT_BUFFER_T;
typedef enum
{
DAC_WAVE_GENERATION_NONE = 0x00000000, /* 不产生波形 */
DAC_WAVE_GENERATION_NOISE = 0x00000040, /* 产生噪声波形 */
DAC_WAVE_GENERATION_TRIANGLE = 0x00000080 /* 产生三角波波形 */
} DAC_WAVE_GENERATION_T;
typedef enum
{
DAC_LFSR_MASK_BIT11_1 = 0x00000000, /* 屏蔽LFSP[11:1] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_2 = 0x00000100, /* 屏蔽LFSP[11:2] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_3 = 0x00000200, /* 屏蔽LFSP[11:3] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_4 = 0x00000300, /* 屏蔽LFSP[11:4] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_5 = 0x00000400, /* 屏蔽LFSP[11:5] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_6 = 0x00000500, /* 屏蔽LFSP[11:6] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_7 = 0x00000600, /* 屏蔽LFSP[11:7] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_8 = 0x00000700, /* 屏蔽LFSP[11:8] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_9 = 0x00000800, /* 屏蔽LFSP[11:9] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11_10 = 0x00000900, /* 屏蔽LFSP[11:10] */
DAC_LFSR_MASK_BIT11 = 0x00000A00, /* 屏蔽LFSP[11] */
DAC_LFSR_MASK_NONE = 0x00000B00, /* 不屏蔽LFSP */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_1 = 0x00000000, /* 三角波幅值等于1 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_3 = 0x00000100, /* 三角波幅值等于3 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_7 = 0x00000200, /* 三角波幅值等于7 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_15 = 0x00000300, /* 三角波幅值等于15 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_31 = 0x00000400, /* 三角波幅值等于31 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_63 = 0x00000500, /* 三角波幅值等于63 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_127 = 0x00000600, /* 三角波幅值等于127 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_255 = 0x00000700, /* 三角波幅值等于255 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_511 = 0x00000800, /* 三角波幅值等于511 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_1023 = 0x00000900, /* 三角波幅值等于1023 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_2047 = 0x00000A00, /* 三角波幅值等于2047 */
DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_4095 = 0x00000B00 /* 三角波幅值等于4095 */
} DAC_MASK_AMPLITUDE_SEL_T;
typedef struct
{
DAC_TRIGGER_T trigger; /* 触发 */
DAC_OUTPUT_BUFFER_T outputBuffer; /* 输出缓存 */
DAC_WAVE_GENERATION_T waveGeneration; /* 产生波形 */
DAC_MASK_AMPLITUDE_SEL_T maskAmplitudeSelect; /* 屏蔽LFSR位/三角波幅 */
} DAC_Config_T;
该函数的使用示例,如下所示:
#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_dac.h"
void example_fun(void)
{
DAC_Config_T dac_init_struct;
/* 配置DAC通道1 */
dac_init_struct.trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
dac_init_struct.outputBuffer = DAC_OUTPUT_BUFFER_DISABLE;
dac_init_struct.waveGeneration = DAC_WAVE_GENERATION_NONE;
dac_init_struct.maskAmplitudeSelect = DAC_LFSR_MASK_BIT11_1;
DAC_Config(DAC_CHANNEL_1, &dac_init_struct);
}
②:使能DAC通道
该函数用于使能DAC通道,其函数原型如下所示:
void DAC_Enable(DAC_CHANNEL_T channel);
该函数的形参描述,如下表所示:
形参 描述
channel 指定DAC的通道
例如:DAC_CHANNEL_1、DAC_CHANNEL_2(在apm32f4xx_dac.h文件中有定义)
表39.2.1.3 函数DAC_Enable()形参描述
该函数的返回值描述,如下表所示:
返回值 描述
无 无
表39.2.1.4 函数DAC_Enable()返回值描述
该函数的使用示例,如下所示:
c
#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_dac.h"
void example_fun(void)
{
/* 使能DAC通道1 */
DAC_Enable(DAC_CHANNEL_1);
}
③:配置DAC通道数据保持寄存器
该函数用于配置DAC通道的数据保持寄存器,其函数原型如下所示:
void DAC_ConfigChannel1Data(DAC_ALIGN_T align, uint16_t data);
void DAC_ConfigChannel2Data(DAC_ALIGN_T align, uint16_t data);
该函数的形参描述,如下表所示:
形参 描述
align 数据对齐方式
例如:DAC_ALIGN_12BIT_L、DAC_ALIGN_8BIT_R等(在apm32f4xx_dac.h文件中有定义)
data 写入数据保持寄存器的数据
表39.2.1.5 函数DAC_ConfigChannelnData()形参描述
该函数的返回值描述,如下表所示:
返回值 描述
无 无
表39.2.1.6 函数DAC_ConfigChannelnData()返回值描述
该函数的使用示例,如下所示:
c
#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_dac.h"
void example_fun(void)
{
/* 配置DAC通道1的保持寄存器 */
DAC_ConfigChannel1Data(DAC_ALIGN_12BIT_R, 1024);
}
39.2.2 DAC驱动
本章实验的DAC驱动主要负责向应用层提供DAC的初始化和配置其输出指定电压的函数。本章实验中,DAC的驱动代码包括dac.c和dac.h两个文件。
DAC驱动中,DAC的初始化函数,如下所示:
c
/**
* @brief 初始化DAC
* @param outx: 待初始化的DAC通道
* @arg1: DAC通道1
* @arg2: DAC通道2
* @retval 无
*/
void dac_init(uint8_t outx)
{
GPIO_Config_T gpio_init_struct;
DAC_Config_T dac_init_struct;
/* 使能时钟 */
RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_DAC); /* 使能DAC时钟 */
RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOA); /* 使能DAC输出引脚端口时钟 */
/* 配置DAC输出引脚 */
gpio_init_struct.pin = (outx == 1) ? GPIO_PIN_4 : GPIO_PIN_5;
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_AN;
gpio_init_struct.pupd = GPIO_PUPD_NOPULL;
GPIO_Config(GPIOA, &gpio_init_struct);
/* 配置DAC */
dac_init_struct.trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
dac_init_struct.outputBuffer = DAC_OUTPUT_BUFFER_DISABLE;
dac_init_struct.waveGeneration = DAC_WAVE_GENERATION_NONE;
dac_init_struct.maskAmplitudeSelect = DAC_LFSR_MASK_BIT11_1;
DAC_Config((outx == 1) ? DAC_CHANNEL_1 : DAC_CHANNEL_2, &dac_init_struct);
/* 使能DAC */
DAC_Enable((outx == 1) ? DAC_CHANNEL_1 : DAC_CHANNEL_2);
}
从上面的代码中可以看出,DAC的初始化函数会根据传入的参数outx自动配置并使能DAC的通道1或通道2,同时将DAC通道对应的输出引脚配置为模拟模式。
DAC驱动中,配置DAC通道输出指定电压的函数,如下所示:
c
/**
* @brief 设置DAC输出电压
* @param outx: 指定输出电压的DAC通道
* @arg1: DAC通道1
* @arg2: DAC通道2
* @param vol: DAC输出电压值(扩大100倍),范围0~3300
* @retval 无
*/
void dac_set_voltage(uint8_t outx, uint16_t vol)
{
uint32_t dacdata;
dacdata = vol * 4095 / 3300; /* 将电压值转换为数字量 */
if (dacdata > 4095) /* 限制最大值 */
{
dacdata = 4095;
}
if (outx == 1)
{
/* DAC通道1输出的电压 */
DAC_ConfigChannel1Data(DAC_ALIGN_12BIT_R, dacdata);
}
else
{
/* DAC通道2输出的电压 */
DAC_ConfigChannel2Data(DAC_ALIGN_12BIT_R, dacdata);
}
}
该函数将输入的电压模拟量转换为DAC输出的数字量后,将该值写入指定DAC通道的数据保持寄存器。
39.2.3 实验应用代码
本章实验的应用代码,如下所示:
c
int main(void)
{
uint8_t key;
uint16_t dacdata = 0;
uint8_t t = 0;
uint16_t dacoutdata;
uint16_t dac_voltage;
uint16_t adcdata;
uint16_t adc_voltage;
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_3); /* 设置中断优先级分组为组3 */
sys_apm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 配置系统时钟 */
delay_init(168); /* 初始化延时功能 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
usmart_dev.init(84); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
adc_init(); /* 初始化ADC */
dac_init(1); /* 初始化DAC通道1 */
dac_set_voltage(1, 0); /* 设置DAC输出电压 */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DAC TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY_UP:+ KEY0:-", RED);
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "DAC VAL:", BLUE);
lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "DAC VOL:0.000V", BLUE);
lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "ADC VOL:0.000V", BLUE);
while (1)
{
t++;
key = key_scan(0);/* 扫描按键 */
if (key == WKUP_PRES)/* KEY_UP按键按下,DAC输出增加200 */
{
if (dacdata < 4000)
{
dacdata += 200;
}
DAC_ConfigChannel1Data(DAC_ALIGN_12BIT_R, dacdata);
}
else if (key == KEY0_PRES)/* KEY0按键按下,DAC输出减少200 */
{
if (dacdata > 200)
{
dacdata -= 200;
}
else
{
dacdata = 0;
}
DAC_ConfigChannel1Data(DAC_ALIGN_12BIT_R, dacdata);
}
if ((t == 10) || (key == WKUP_PRES) || (key == KEY0_PRES))
{
/* 获取DAC输出电压的数字量 */
dacoutdata = DAC_ReadDataOutputValue(DAC_CHANNEL_1);
/* 显示DAC输出电压的数字量 */
lcd_show_xnum(94, 150, dacoutdata, 5, 16, 0, BLUE);
/* 计算实际输出的电压值(扩大1000倍) */
dac_voltage = (dacoutdata * 3300) / 4095;
/* 显示DAC输出电压值的整数部分 */
lcd_show_xnum(94, 170, dac_voltage / 1000, 1, 16, 0, BLUE);
/* 显示DAC输出电压值的小数部分(保留三位小数) */
lcd_show_xnum(110, 170, dac_voltage % 1000, 3, 16, 0x80, BLUE);
/* 获取ADC采集到电压的数字量 */
adcdata = adc_get_result_average(ADC_ADCX_CHY, 10);
/* 计算实际电压值(扩大1000倍) */
adc_voltage = (adcdata * 3300) / 4095;
/* 显示ADC采集电压值的整数部分 */
lcd_show_xnum(94, 190, adc_voltage / 1000, 1, 16, 0, BLUE);
/* 显示ADC采集电压值的小数部分(保留三位小数) */
lcd_show_xnum(110, 190, adc_voltage % 1000, 3, 16, 0x80, BLUE);
LED0_TOGGLE();
t = 0;
}
delay_ms(10);
}
}
可以看到,应用代码中不仅初始化了DAC的通道1(PA4引脚)同时还使能了ADC的通道1(PA1引脚)用于采集DAC通道1的输出电压。在完成初始化后,便不断地扫描按键并将DAC输出电压的模拟量和数字量以及ADC采集到电压的模拟量在LCD上进行显示,此时若扫描到KEY0按键,则减少DAC输出电压的数字量,若扫描到KEY_UP按键,则增加DAC输出电压的数字量。
39.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后,可以看到LCD上实时刷新显示着DAC输出电压的模拟量和数字量以及ADC采集到电压的模拟量,此时可以将PA4引脚(DAC通道1输出引脚)和PA4引脚(ADC通道1采集引脚)通过杜邦线相连,在按下KEY0或KEY_UP按键来调整DAC通道1的输出电压,可以看到LCD上显示的DAC输出电压的模拟量和数字量以及ADC采集到电压的模拟量也随之变化,并且ADC采集到电压的模拟量也十分接近DAC输出电压的模拟量。