STM32 DAC详解：从原理到实战输出正弦波

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目录

• • 一、DAC基础原理
  • • [1.1 DAC的作用与特性](#1.1 DAC的作用与特性)
    • [1.2 DAC功能框图解析](#1.2 DAC功能框图解析)
  • 二、DAC配置步骤
  • • [2.1 硬件配置](#2.1 硬件配置)
    • [2.2 初始化结构体详解](#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](#3.1 数据格式与电压计算)
    • [3.2 正弦波生成实战](#3.2 正弦波生成实战)
    • • [3.2.1 生成正弦波数组](#3.2.1 生成正弦波数组)
      • [3.2.2 配置DMA传输](#3.2.2 配置DMA传输)
      • [3.2.3 定时器触发配置](#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](#4.1 典型问题)
    • [4.2 扩展应用](#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。

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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

STM32的DAC模块核心由以下部分组成：

1. 参考电压源（VREF+）：决定输出电压范围（通常接3.3V）。
2. 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。
3. 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。
4. 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）。

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二、DAC配置步骤

2.1 硬件配置

1. 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);

2. 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。

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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：

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);

频率公式 ：

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四、常见问题与优化建议

4.1 典型问题

1. 无法输出0V ：检查输出缓冲是否禁用（DAC_OutputBuffer设为DISABLE）。
2. 波形畸变：确保DMA传输速率与触发频率匹配，避免数据覆盖。
3. 噪声干扰：在DAC输出端并联0.1μF电容滤除高频噪声。

4.2 扩展应用

• PWM DAC：通过PWM波+RC滤波器实现低成本多通道DAC（精度较低）。
• 双通道同步 ：使用DAC_DHR12RD寄存器同时更新两个通道数据。

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五、总结

本文从STM32的DAC基础原理出发，详细讲解了配置方法、数据输出模式及实战应用，覆盖了从寄存器操作到HAL库函数调用的全流程。通过结合DMA和定时器，开发者可实现高精度波形输出，满足工业控制、音频处理等场景需求。

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参考代码与资料：

• STM32F1 DAC开发手册 )
• HAL库DAC配置示例
• 正弦波生成原理