STM32CubeMX教程18 DAC - DMA输出自定义波形

1、准备材料

开发板（正点原子stm32f407探索者开发板V2.4）

STM32CubeMX软件（Version 6.10.0）

野火DAP仿真器

keil µVision5 IDE（MDK-Arm）

ST-LINK/V2驱动

一台示波器

逻辑分析仪nanoDLA

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板的DAC OUT1实现输出0-3.3V 周期为12.8ms的正弦波形

3、实验流程

3.0、前提知识

由于STM32F407的两个DAC输出通道只能自动生成三角波和噪声波，因此如果想要输出其他的波形可以自己手动定义一个周期内DAC要输出的值，并选择定时器的更新事件作为DAC输出的触发源按顺序输出

这样按照波形采样值的顺序，在每一个触发源到来的时候，手动指定DAC将要输出的值，理论上就可以输出任何我们想要输出的波形，比如正弦波，本实验将以正弦波为例，讲解如何通过DAC的DMA输出正弦波型

当DAC参考电源引脚VREF+接VDDA（3.3V）时，可设置的DAC输出寄存器值范围为0~4095，而DAC的输出范围为0-3.3V，要输出的正弦波sin(x)波形幅值范围为-1~1，因此可以对该波形做一些平移伸缩，将其幅值范围缩放到DAC设置范围0~4095内，变换后的正弦波公式为：y=2047*(sin(x)+1)

在该正弦波形的一个周期0-2pi内平均取128个采样点，然后按照时间先后顺序定义在数组中，每当0.1ms触发源到来的时候，我们就递归的从数组中取出一个值将其设置为DAC的输出值，直到128个采样点全部设置完毕，然后再反复从第一个重新设置，这样就可以大致实现正弦波型

因为需要频繁的从内存取出数据然后写入DAC外设，因此这里比较合适的做法是使用DMA的方式进行，通过上述设置的DAC输出的正弦波形的周期应该为0.1ms*128=12.8ms，正弦波的幅值范围应该为0-3.3V

3.1、CubeMX相关配置

3.1.0、工程基本配置

打开STM32CubeMX软件，单击ACCESS TO MCU SELECTOR选择开发板MCU（选择你使用开发板的主控MCU型号），选中MCU型号后单击页面右上角Start Project开始工程，具体如下图所示

开始工程之后在配置主页面System Core/RCC中配置HSE/LSE晶振，在System Core/SYS中配置Debug模式，具体如下图所示

详细工程建立内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”

3.1.1、时钟树配置

系统时钟使用8MHz外部高速时钟HSE，HCLK、PCLK1和PCLK2均设置为STM32F407能达到的最高时钟频率，具体如下图所示

3.1.2、外设参数配置

在Pinout ＆ Configuration页面左边功能分类栏目Analog中单击其中DAC

在Mode中勾选OUT1 Configuration

选择TIM6的外部触发事件作为DAC OU1输出的触发源，不选择波形生成模式，因为本实验要生成自定义波形

具体配置如下图所示

单击Configuration中的DMA Settings选项卡对DAC的DMA请求进行设置

单击ADD按键增加DMA请求，这里可选的只有一个DAC1

选择想要使用的DMA Stream，并设置优先级，将DMA请求模式设置为循环模式，外设地址不增加，内存地址递增，数据宽度选择字Word

上述配置如下图所示

3.1.3、外设中断配置

在Pinout & Configuration页面左边System Core/NVIC中勾选DMA1 Stream5 全局中断，然后选择合适的中断优先级即可

3.2、生成代码

3.2.0、配置Project Manager页面

单击进入Project Manager页面，在左边Project分栏中修改工程名称、工程目录和工具链，然后在Code Generator中勾选“Gnerate peripheral initialization as a pair of 'c/h' files per peripheral”，最后单击页面右上角GENERATE CODE生成工程，具体如下图所示

详细Project Manager配置内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节

3.2.1、外设初始化调用流程

在生成的工程代码主函数中新增了MX_DMA_Init()函数，该函数对DAC使用的DMA1时钟使能，由于启用了该DMA的中断，因此还对中断优先级及使能进行了配置，如下图所示

DAC的初始化调用流程与“STM32CubeMX教程16 DAC - 输出3.3V内任意电压”实验一致，只是因为本实验配置了DMA，因此在HAL_DAC_MspInit()函数中增加了对使用的DAC1 DMA请求的相关配置代码，如下图所示

3.2.2、外设中断调用流程

DMA全局中断事件回调函数为一个函数指针，当使用HAL_DAC_Start_DMA()函数启动DAC传输时，会将DMA全局中断事件回调函数指针指向具体的函数，这里指向了DAC_DMAConvCpltCh1()函数

在DAC_DMAConvCpltCh1()函数中最终调用了DAC OU1 DMA传输完成中断回调函数HAL_DAC_ConvCpltCallbackCh1()，该函数为虚函数，需要用户重新实现

启用DMA的外设中断调用流程可参考“STM32CubeMX教程12 DMA 直接内存读取”实验3.2.2、外设中断调用流程小节，上述具体过程如下图所述

3.2.3、添加其他必要代码

采集正弦波y=2047*(sin(x)+1)的一个周期2pi内n个采样点，并将其定义在一个uint32_t 数组中，笔者这里定义了128个采样点

为什么非要正弦波函数为y=2047*(sin(x)+1)？

因为DAC的输出范围为0~4095，而sin(x)的输出范围为-1~1，因此需要采集的正弦波采样点最好缩放到0-4095范围，这样输出的波形更好显示

源代码如下所示 （注释1）

/*正弦波数据，12bit，1个周期128个点, 0-4095之间变化*/
const uint32_t userWave[] =
{
    2047,   2147,	2248,   2347,	2446,	2544,	2641,	2737,
    2830,   2922,	3012,	3099,	3184,	3266,	3346,	3422,
    3494,   3564,	3629,	3691,	3749,	3803,	3852,	3897,
    3938,   3974,	4006,	4033,	4055,	4072,	4084,	4092,
    4094,   4092,	4084,	4072,	4055,	4033,	4006,	3974,
    3938,   3897,	3852,	3803,	3749,	3691,	3629,	3564,
    3494,   3422,	3346,	3266,	3184,	3099,	3012,	2922,
    2830,   2737,	2641,	2544,	2446,	2347,	2248,	2147,
    2047,   1947,	1846,	1747,	1648,	1550,	1453,	1357,
    1264,   1172,	1082,	995 ,	910 ,	828 ,	748 ,	672 ,
    600 ,   530 ,	465 ,	403 ,	345 ,	291 ,	242 ,	197 ,
    156 ,   120 ,	88  ,	61  ,	39  ,	22  ,	10  ,	2   ,
    0   ,   2   ,	10  ,	22  ,	39  ,	61  ,	88  ,	120 ,
    156 ,   197 ,	242 ,	291 ,	345 ,	403 ,   465,	530 ,
    600 ,   672 ,	748 ,	828 ,	910 ,	995 ,	1082,	1172,
    1264,   1357,	1453,   1550,	1648,	1747,	1846,	1947
};

在dac.c中重新实现DAC OU1 DMA传输完成中断回调函数HAL_DAC_ConvCpltCallbackCh1()，源代码如下

/*DAC OUT1 DMA传输完成中断回调函数*/
void HAL_DAC_ConvCpltCallbackCh1(DAC_HandleTypeDef *hdac)
{
    /*翻转RED_LED引脚状态*/
    HAL_GPIO_TogglePin(RED_LED_GPIO_Port,RED_LED_Pin);
}

在main.c文件主函数main中以DMA方式启动DAC输出，源代码如下

HAL_DAC_Start_DMA(&hdac,DAC_CHANNEL_1,userWave,128,DAC_ALIGN_12B_R);
HAL_TIM_Base_Start(&htim6);

4、常用函数

/*以DMA启动DAC输出*/
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start_DMA(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel, const uint32_t *pData, uint32_t Length,uint32_t Alignment)

/*停止以DMA启动的DAC输出*/
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Stop_DMA(DAC_HandleTypeDef *hdac, uint32_t Channel)

/*DAC OUT1 DMA传输完成时间中断回调函数*/
void HAL_DAC_ConvCpltCallbackCh1(DAC_HandleTypeDef *hdac)

5、烧录验证

烧录程序，单片机上电后，将示波器的探头挂钩与DAC OUT1引脚PA4相连接，接地环与开发板上的GND引脚连接，将示波器每格电压幅值调节为1.00V，将每格子采集时间调节为10ms，然后开启示波器对DAC OU1输出的波形采集

因为定时器溢出时间为0.1ms，而DMA传输的数据为正弦波一个周期内的128个样本点，因此生成的正弦波周期为128*0.1ms=12.8ms，这与示波器采集到的正弦波波形周期一致，如下图所示为示波器采集到的正弦波形

在DAC OUT1 DMA传输完成时间中断回调函数中翻转了RED_LED（PF9）引脚的状态，经过上述分析知道，传输完成一次所需事件应该为输出正弦波形的周期，也即12.8ms，因此使用逻辑分析仪器采集PF9引脚的状态，发现PF9引脚确实12.8ms翻转一次状态，逻辑分析仪采集的波形如下图所示

6、注释详解

注释1：正弦波数组定义来源 DAC输出正弦波帖子

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