【STM32C5教程】（9）DAC 模拟量信号输出实验

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【STM32C5教程】（9）DAC 模拟量信号输出实验

1. 项目简介

1.1 实验目标

本实验在 NUCLEO-C542RC 开发板上，使用 STM32C542RCT6 的 DAC1 通道 1 经 PA4 引脚输出模拟电压：周期性更新 DAC 转换值以生成锯齿波，并通过 PA5 引脚指示锯齿波的输出周期。

功能需求：

使用 DAC1 通道 1 经 PA4 输出模拟电压（0 ~ 3.3 V，对应 12 位数值 0 ~ 4095）
采用无触发（软件触发）方式，由程序周期性更新 DAC 转换值生成锯齿波
通过 PA5 引脚指示锯齿波的输出周期：在锯齿波达到最大值（回绕）时翻转 PA5，输出与锯齿波同步的方波
锯齿波与周期指示均为纯软件实现，无中断、无 DMA 参与

开发板和 MCU 型号： NUCLEO-C542RC 开发板，搭载 STM32C542RCT6 MCU。

1.2 实验条件

硬件：

NUCLEO-C542RC 开发板
支持数据传输的 USB Type-C 线（用于连接 ST-LINK 接口）
示波器（用于观测 PA4 与 PA5 的输出波形）

软件：

STM32CubeMX2（用于引脚、时钟、ADC 配置与代码生成）
VS Code + STM32Cube 插件（用于编译、烧录、调试）

2. 硬件说明

2.1 NUCLEO-C542RC 开发板

NUCLEO-C542RC 是 ST 基于 STM32C542RCT6 推出的 Nucleo-64 开发板。主要特性：

MCU：STM32C542RCT6，Arm Cortex-M33 内核，最高主频 144 MHz，256 KB Flash，64 KB RAM
调试器：板载 STLINK-V3EC，支持大容量存储、虚拟串口和调试端口三种功能
用户 LED：LD1，连接 PA5
用户按键：B1，连接 PC13
扩展接口：Arduino Uno V3 和 ST morpho 连接器

本实验使用 PA4 作为 DAC 模拟输出，PA5 作为周期指示信号，通过示波器观测。

2.2 引脚说明

引脚	功能	说明
PA4	DAC1_OUT1	DAC1 通道 1，模拟输出
PA5	LD1	板载用户 LED，GPIO 推挽输出，作为周期指示

PA4（DAC1_OUT1）：配置为模拟输出。DAC1 通道 1 固定在 PA4 上，这是芯片引脚复用决定的。

PA5（LD1）：配置为 GPIO 推挽输出。作为周期指示信号，与 DAC 输出是两路相互独立的信号。

3. STM32CubeMX2 工程配置

3.1 新建工程

本实验采用 MCU 方式创建工程，即以芯片型号 STM32C542RC 为起点，而非开发板方式。

进入 MCU 选择界面

启动 STM32CubeMX2，在首页点击 MCU，进入芯片型号选择列表。
搜索并选中芯片

在 MCU name 输入框中输入 STM32C542RC（或完整型号 STM32C542RCT6），从筛选出的列表中选择对应型号。

填写项目信息
输入项目名称 DAC_Output 和项目保存路径。项目名称避免使用特殊字符，路径建议使用纯英文目录。

3.2 基础配置

工程创建后，软件自动进入 Pinout 视图。

时钟配置 ：本工程系统时钟为 48 MHz （HSI ÷ 3），DAC 内核时钟为 144 MHz（PSIS 时钟），预分频系数为 1。

3.3 GPIO 配置（PA5 输出）

在 Pinout 视图中找到 PA5 引脚。
右键点击 PA5，选择 Assign signal → GPIO。
再次右键点击 PA5，选择 Configure GPIO，进入 GPIO 详细配置界面。
将 PA5 的 Mode 设置为 Output。
保持默认参数：Output level 为 Low，Output mode 为 Push Pull，Pull-up/Pull-down 为 No pull-up and no pull-down，Maximum output speed 为 Low。
在 User Label 输入框中填入 LD1。

设置别名后，CubeMX2 会自动生成宏定义 LD1_PORT 和 LD1_PIN。

3.4 DAC1 配置

（1）启用 DAC1

在左侧外设列表中找到 Analog → DAC1 ，点击展开。将 Channel 1 设置为 Connected to external pin only（仅连接到外部引脚）。

设置完成后，Pinout 视图中 PA4 自动分配为 DAC1_OUT1（模拟模式）。

（2）配置 DAC 参数

在 DAC1 的 Parameter Settings 中设置：

参数	值	说明
Output Buffer	Enable	输出缓冲开启，带负载能力更强
Trigger	None	无触发（软件触发）
Data Alignment	12 bits right	12 位右对齐
Output Connection	External	输出连接到外部引脚
High Frequency Mode	Auto	高频模式自动选择

（3）确认引脚配置

回到 Pinout 视图，PA4 应显示为 DAC1_OUT1（模拟模式）。

3.5 项目配置

点击 Project Settings，进入工程设置页面。
在 IDE Format 下拉选项中选择 CMake。
在 CMake Toolchain 下拉选项中选择 GCC。
确认配置无误后，点击 Generate Code。CubeMX2 会执行配置检查，如果没有错误，开始在指定路径下生成 CMake 工程文件。
生成完成后，项目路径下会出现标准 CMake 工程结构，包含 Core/、Drivers/、CMakeLists.txt 等。

4. 编程实现

4.1 实现思路

采用 "DAC 无触发启动 + 主循环更新转换值 + PA5 同步翻转" 的方案：

text 复制代码

mx_system_init() // CubeMX2 生成：时钟、GPIO(PA4/PA5)、DAC1 初始化
│
▼
mx_dac1_gethandle() // 获取 DAC1 句柄
│
▼
HAL_DAC_SetChannelData() // 先写数据到 DHR（无触发模式要求）
│
▼
HAL_DAC_StartChannel() // 再使能通道，开始转换
│
▼
主循环：周期性地写入递增的转换值，形成锯齿波
│
├─ dac_value += DAC_STEP_VALUE
│
└─ dac_value >= DAC_MAX_VALUE?
├─ 是 → 回绕到最小值，翻转 PA5
└─ 否 → 继续
│
▼
HAL_Delay(2) // 步进延时，决定锯齿波周期

无触发的启动时序 ：HAL_DAC_TRIGGER_NONE 模式下，应先 HAL_DAC_SetChannelData() 写入初始值到 DHR，再 HAL_DAC_StartChannel() 使能通道。顺序不可颠倒。

写入立即生效 ：无触发模式下，HAL_DAC_SetChannelData() 写入 DHR 后输出电压立即更新，无需等待任何触发事件。这正是能在主循环中"写一次、更新一次"生成锯齿波的原理。

各步骤使用的 HAL 函数：

步骤	HAL 函数	作用
获取 DAC1 句柄	`mx_dac1_gethandle()`	返回 CubeMX 生成的 DAC1 句柄
写入转换值	`HAL_DAC_SetChannelData()`	写入 DHR，无触发时立即生效
启动通道	`HAL_DAC_StartChannel()`	使能 DAC 通道 1
翻转 PA5	`HAL_GPIO_TogglePin(LD1_PORT, LD1_PIN)`	切换 PA5 输出电平

4.2 关键代码

在 VS Code 中打开生成的 CMake 工程，找到 Core/Src/main.c，添加以下代码。

（1）文件头部添加宏定义与变量

c 复制代码

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* DAC1 channel 1 (12-bit, right-aligned) output value range */
#define DAC_MIN_VALUE        0U
#define DAC_MAX_VALUE        4095U
#define DAC_STEP_VALUE       128U   /* step per update -> sawtooth resolution  */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static hal_dac_handle_t *hDAC1_handle = NULL;

（2）主函数

c 复制代码

int main(void)
{
  if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
  {
    return (-1);
  }

  /* Get the DAC1 handle initialized by mx_dac1_init() */
  hDAC1_handle = mx_dac1_gethandle();
  if (hDAC1_handle == NULL)
  {
    return (-1);
  }

  /* Software (no hardware) trigger: set the initial value into DHR first,
     then enable the channel to start conversion. */
  if (HAL_DAC_SetChannelData(hDAC1_handle, HAL_DAC_CHANNEL_1, DAC_MIN_VALUE) != HAL_OK)
  {
    return (-1);
  }

  if (HAL_DAC_StartChannel(hDAC1_handle, HAL_DAC_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    return (-1);
  }

  /* Sawtooth generation: periodically update the DAC conversion value.
     PA5 (LD1) toggles at each period boundary to indicate the output period. */
  uint32_t dac_value = DAC_MIN_VALUE;

  while (1)
  {
    /* Update the DAC data holding register -> immediate output update */
    (void)HAL_DAC_SetChannelData(hDAC1_handle, HAL_DAC_CHANNEL_1, dac_value);

    /* Next step of the rising ramp */
    dac_value += DAC_STEP_VALUE;

    if (dac_value >= DAC_MAX_VALUE)
    {
      /* End of the sawtooth period: wrap to the minimum value */
      dac_value = DAC_MIN_VALUE;

      /* Toggle PA5 to mark one full output period */
      HAL_GPIO_TogglePin(LD1_PORT, LD1_PIN);
    }

    /* Delay between two updates defines the sawtooth step period */
    HAL_Delay(2U);
  }
}

代码说明：

mx_dac1_gethandle() 返回 CubeMX2 生成的 DAC1 句柄，返回 NULL 时需处理。
HAL_DAC_SetChannelData() 写入 DAC 数据保持寄存器（DHR），无触发模式下写入后立即生效。
HAL_DAC_StartChannel() 使能 DAC 通道 1，必须在 HAL_DAC_SetChannelData() 之后调用。
主循环中写入 dac_value 后立即递增，形成锯齿波的上升沿。
当 dac_value 超过 DAC_MAX_VALUE 时，回绕到 DAC_MIN_VALUE，形成锯齿波的回绕跳变。
每次回绕时翻转 PA5（LD1），输出与锯齿波周期同步的方波。

5. 编译烧录与运行测试

5.1 编译与烧录

打开工程：用 VS Code 打开 CubeMX2 生成的 CMake 工程文件夹（如 DAC_Output_cmake）。
编译：点击 VS Code 底部状态栏的 Build 按钮，或使用命令面板执行 CMake 构建。编译完成后，终端应输出 退出代码为 0，无报错提示。
连接开发板：用支持数据传输的 USB Type-C 线连接 NUCLEO-C542RC 的 ST-LINK USB 口（CN1）。
确认设备识别 ：打开设备管理器，在"端口 (COM 和 LPT)"下应能看到 STLink COMx。
烧录：点击 VS Code 中的运行按钮，将固件下载到开发板。