DAC 输出电压

【红枫派开发板】第十四讲 DAC-输出电压实验

发布于 2024-03-27 09:23:17

14.1 实验内容

通过本实验主要学习以下内容：

• DAC工作原理

• 使用DAC输出电压

14.2 实验原理

14.2.1 DAC工作原理

我们上几章学习了ADC，本章我们来学习DAC。ADC是模-数转换，即模拟量转换为数字量，DAC正好相反，即数-模转换，是将MCU的数字量转换为模拟量——电压。

GD32F303有两个DAC，对应的IO口分别为PA4（DAC0）和PA5（DAC1），这两个DAC可以独立或并发工作。DAC可以将 12 位的数字数据转换为外部引脚上的电压输出。数据可以采用8位或12位，左对齐或右对齐模式。

如设置12位模式，IO口上输出的电压值和设置的数字值对应的计算公式为：

其中VREF为参考电压，DAC_DO为设置的数字值。

DAC 的主要特征如下：

◼ 8 位或 12 位分辨率，数据右对齐或左对齐；

◼ 支持 DMA 功能；

◼ 同步更新转换；

◼ 外部事件触发转换；

◼ 可配置的内部缓冲区；

◼ 外部参考电压， VREF+；

◼ 噪声波形(LSFR 噪声模式和三角噪声模式)；

◼ 双 DAC 并发模式

以下为GD32F303 DAC的框图：

这里着重讲下DAC的触发源，DAC触发源通过DAC_CTL寄存器中 DTSELx 位来进行选择。DAC的触发源见下表：

DAC有两个类型的数据寄存器——DAC保持数据寄存器（DACx_DH）和DAC 数据输出寄存器（DACx_DO），用户将数字量写入到DACx_DH中，只有当DACx_DH中的数据被转移到DACx_DO时，IO口才会实际输出对应电压值。

当使能了外部触发模式（通过设置 DAC_CTL 寄存器的 DTENx 位控制），当已经选择的触发事件发生， DAC 保持数据（DACx_DH）会被转移到 DAC 数据输出寄存器（DACx_DO）。如果没有使能外部触发模式，当数据写到DACx_DH后就会立即转移到DACx_DO中，此时相应IO口即输出对应电压。

14.2.2 DAC 输出缓冲

为了降低输出阻抗并驱动外部负载，每个DAC 模块内部各集成了一个输出缓冲区。

缺省情况下，输出缓冲区是开启的，可以通过设置 DAC_CTL 寄存器的 DBOFFx 位来开启或关闭缓冲区。打开缓冲区可以增强DAC对外驱动能力。

14.2.3 DAC DMA 功能

在外部触发使能的情况下，通过设置 DAC_CTL 寄存器的DDMAENx 位来使能 DMA 请求。当有外部硬件触发的时候（不是软件触发），则产生一个DMA 请求。

14.3 硬件设计

本实验功能是将设定的数字值转换为电压，硬件设计如下：

可以看到是使用PA5即DAC1输出电压，读者可以通过测量H9口进行电压测量

14.4 代码解析

14.4.1 DAC 配置函数

在driver_dac.c中定义了DAC的配置函数driver_dac_config：

C
void driver_dac_config(uint32_t dac_periph)
{
/*使能GPIOA时钟*/
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
/*使能DAC时钟*/
rcu_periph_clock_enable(RCU_DAC);
/*依据选择的DAC号来初始化IO口*/
if(dac_periph == DAC0)
{
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AIN, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_4);
}
else
{
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AIN, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5);
}
/*DAC复位*/
dac_deinit();
/*DAC外部触发禁能，即数据写入到保持寄存器就会自动输出电压*/
dac_trigger_disable(dac_periph);
/*DAC噪声关闭*/
dac_wave_mode_config(dac_periph, DAC_WAVE_DISABLE);
/*输出缓冲打开*/
dac_output_buffer_enable(dac_periph);
/*DAC使能*/
dac_enable(dac_periph);
}

14.4.2 DAC数据写入函数

在driver_dac.c中定义了DAC的数据写入函数driver_dac_out，调用这个函数后即将数字值写入到DAC数据保持寄存器中：

C
void driver_dac_out(uint32_t dac_periph, uint32_t dac_align, uint16_t data)
{
/*写入数据到DAC保持寄存器*/
dac_data_set(dac_periph,dac_align,data);
}

14.4.3 main函数实现

以下为main函数代码：

C
int main(void)
{
driver_init();//delay函数初始化
bsp_uart_init(&BOARD_UART);//BOARD_UART串口初始化
driver_dac_config(DACx);//DAC配置
while (1)
{
delay_ms(200);//延时200ms
DAC_data += 200;//DAC_data值自增加200
if(DAC_data>4000)//DAC防止溢出
{
DAC_data = 0;
}

printf(" the DAC_data is %d \r\n", DAC_data);//打印DAC data数据
driver_dac_out(DACx,DAC_ALIGN_12B_R,DAC_data);//输出电压
}
}

本例程main函数首先进行了延时函数初始化，再配置开发板上的USB串口，接着进行DAC配置。DAC配置函数中的实参通过main.c中定义，读者可根据实际需求修改：