【正点原子STM32连载】第四十一章 DAC输出正弦波实验 摘自【正点原子】APM32F407最小系统板使用指南

2023-10-13 11:28
文章标签 输出 系统 最小 实验 stm32 正点 原子 连载 使用指南 dac 正弦波 摘自 apm32f407 第四十一章

本文主要是介绍【正点原子STM32连载】第四十一章 DAC输出正弦波实验 摘自【正点原子】APM32F407最小系统板使用指南，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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第四十一章 DAC输出正弦波实验

本章将使用TMR7的更新事件用于TRGO触发DAC通道1输出DMA1数据流5通道7从使用软件算法生成的正弦波数据，以输出正弦波。通过本章的学习，读者将学习到DAC、TMR、DMA的使用。
本章分为如下几个小节：
41.1 硬件设计
41.2 程序设计
41.3 下载验证

41.1 硬件设计
41.1.1 例程功能

  1. 按下KEY_UP和KEY0按键，可分别利用DAC输出高采样率和低采样率的正弦波
  2. 可通过USMART设置DAC输出正弦波的频率
  3. LED0闪烁，指示程序正在运行
    41.1.2 硬件资源
  4. LED
    LED0 - PF9
  5. 按键
    KEY0 - PE4
    KEY_UP - PA0
  6. USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
  7. 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）
  8. ADC1
    通道1 - PA1
  9. DAC
    通道1 - PA4
  10. TMR7
  11. DMA1
    数据流5 通道7
    41.1.3 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。
    41.2 程序设计
    41.2.1 Geehy标准库的TMR驱动
    本章实验中将使用TMR7的更新事件产生TRGO事件，该TRGO事件将用于触发DAC，其具体的步骤如下：
    ①：配置TMR7的自动重装载值和预分频器数值
    ②：配置TMR7的TRGO事件的触发源为更新事件
    ③：使能TMR7
    在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
    ①：配置TMR
    请见第16.2.1小节中配置TMR的相关章节。
    ②：配置TMR的TRGO触发源
    该函数用于配置TMR的TRGO触发源，其函数原型如下所示：
    void TMR_SelectOutputTrigger(TMR_T* tmr, TMR_TRGO_SOURCE_T TRGOSource);
    该函数的形参描述，如下表所示：
    形参 描述
    tmr 指向TMR外设结构体的指针
    例如：TMR1、TMR2等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
    TRGOSource 指定的TRGO触发源
    例如：TMR_TRGO_SOURCE_RESET、TMR_TRGO_SOURCE_UPDATE等（在apm32f4xx_tmr.h文件中有定义）
    表41.2.1.1 函数TMR_SelectOutputTrigger()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41.2.1.2 函数TMR_SelectOutputTrigger()返回值描述
    该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_tmr.h"void example_fun(void)
{/* 配置TMR1的TRGO触发源为更新事件 */TMR_SelectOutputTrigger(TMR1, TMR_TRGO_SOURCE_UPDATE);
}

③：使能TMR
请见第16.2.1小节中使能TMR的相关内容。
41.2.2 Geehy标准库的DMA驱动
请见第三十四章“DMA实验”中Geehy标准库的DMA驱动的相关内容。
41.2.3 Geehy标准库的DAC驱动
本章实验与第四十章一样，使用DAC通道1（PA4引脚）输出电压，不同之处在于，本章使用使用DMA自动将DAC通道1待输出的数据写入DAC的数据保持寄存器，以输出正弦波。其中对DAC的操作请见第四十章中Geehy标准库的DAC驱动的相关内容，本小节仅介绍DAC使用DMA的相关步骤，其具体的步骤如下：
①：使能DAC通道1DMA
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：使能DAC通道DMA
该函数用于使能DAC指定通道的DMA，其函数原型如下所示：
void DAC_DMA_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41.2.3.1 函数DAC_DMA_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41.2.3.2 函数DAC_DMA_Enable()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：

#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_dac.h"void example_fun(void)
{/* 使能DAC通道1DMA */DAC_DMA_Enable(DAC_CHANNEL_1);
}

41.2.4 DAC驱动
本章实验的DAC驱动主要负责向应用层提供DAC的初始化和使能DAC输出指定幅值、频率的正弦波。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：

/*** @brief	初始化DAC输出波形* @param	outx: 待初始化的DAC通道* @arg1: 	DAC通道1* @arg2: 	DAC通道2* @retval	无*/
void dac_dma_wave_init(uint8_t outx)
{GPIO_Config_T gpio_init_struct;DAC_Config_T dac_init_struct;DMA_Config_T dma_init_struct;DAC_CHANNEL_T dac_channel = (outx == 1) ? DAC_CHANNEL_1 : DAC_CHANNEL_2;DMA_Stream_T *dma_stream = (outx == 1) ? DMA1_Stream5 : DMA1_Stream6;/* 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 */RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_TMR7);	/* 使能TMR7时钟 */RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_DMA1);	/* 使能DMA1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_TMR7_TRGO;dac_init_struct.outputBuffer		= DAC_OUTPUT_BUFFER_ENBALE;dac_init_struct.waveGeneration		= DAC_WAVE_GENERATION_NONE;dac_init_struct.maskAmplitudeSelect	= DAC_LFSR_MASK_BIT11_1;DAC_Config(dac_channel, &dac_init_struct);/* 复位DMA */DMA_Reset(dma_stream);while (DMA_ReadCmdStatus(dma_stream) != DISABLE);/* 配置DMA */dma_init_struct.channel				= DMA_CHANNEL_7;dma_init_struct.peripheralBaseAddr	= (uint32_t)0;dma_init_struct.memoryBaseAddr		= (uint32_t)g_dac_sin_buf;dma_init_struct.dir					= DMA_DIR_MEMORYTOPERIPHERAL;dma_init_struct.bufferSize			= 0;dma_init_struct.peripheralInc		= DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;dma_init_struct.memoryInc			= DMA_MEMORY_INC_ENABLE;dma_init_struct.peripheralDataSize	= DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_HALFWORD;dma_init_struct.memoryDataSize		= DMA_MEMORY_DATA_SIZE_HALFWORD;dma_init_struct.loopMode			= DMA_MODE_CIRCULAR;dma_init_struct.priority			= DMA_PRIORITY_MEDIUM;dma_init_struct.fifoMode			= DMA_FIFOMODE_DISABLE;dma_init_struct.fifoThreshold		= DMA_FIFOTHRESHOLD_FULL;dma_init_struct.memoryBurst			= DMA_MEMORYBURST_SINGLE;dma_init_struct.peripheralBurst		= DMA_PERIPHERALBURST_SINGLE;DMA_Config(dma_stream, &dma_init_struct);
}

可以看到本章实验DAC驱动中的DAC初始化函数与第三十九章“DAC输出实验”中对DAC的初始化基本一致，不过本章配置DAC通道1的触发源为TMR7的TRGO事件，同时还配置了DMA，DMA存储器的地址配置为了数组g_dac_sin_buf的地址，因此该数组将用于存放正弦波的数据。
DAC驱动中使能DAC输出指定幅值、频率的正弦波的函数，如下所示：

/*** @brief	使能DAC输出波形* @param	outx: 待初始化的DAC通道* @arg1:	 DAC通道1* @arg2: 	DAC通道2* @param	ndtr: DMA数据流传输一次数据项的数目* @param	arr : DAC触发定时器的自动重装载值* @param	psc : DAC触发定时器的预分频器数值* @retval	无*/
void dac_dma_wave_enable(uint8_t outx, uint16_t ndtr, uint16_t arr, uint16_t psc)
{TMR_BaseConfig_T tmr_init_struct;DAC_CHANNEL_T dac_channel = (outx == 1) ? DAC_CHANNEL_1 : DAC_CHANNEL_2;DMA_Stream_T *dma_stream = (outx == 1) ? DMA1_Stream5 : DMA1_Stream6;uint32_t pdata = (uint32_t)((outx == 1) ? &(DAC->DH12R1) : &(DAC->DH12R2));/* 配置TMR7 */tmr_init_struct.period		= arr;						/* 自动重装载值 */tmr_init_struct.division	= psc;						/* 预分频器数值 */TMR_ConfigTimeBase(TMR7, &tmr_init_struct);				/* 配置TMR7 *//* 配置更新事件用于TRGO */TMR_SelectOutputTrigger(TMR7, TMR_TRGO_SOURCE_UPDATE);TMR_Enable(TMR7);										/* 使能TMR7 *//* 关闭DAC和DMA */DAC_Disable(dac_channel);								/* 关闭DAC */DMA_Disable(dma_stream);								/* 禁止DMA数据流 */while (DMA_ReadCmdStatus(dma_stream) != DISABLE)/* 配置DAC和DMA */DAC_DMA_Enable(dac_channel);							/* 使能DAC DMA */DMA_ConfigDataNumber(dma_stream, ndtr);					/* 配置传输的数据项数目 */dma_stream->PADDR = pdata;								/* 配置外设地址 */DMA_Enable(dma_stream);									/* 使能DMA数据流 */DAC_Enable(dac_channel);								/* 使能DAC */
}

该函数配置了TMR7并配置TMR7的更新事件用于TRGO，因此TMR7的溢出频率就决定了DAC输出正弦波的频率，同时也配置和使能了DAC和DMA。
41.2.5 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：
/* 正弦波数据缓冲区 */

uint16_t g_dac_sin_buf[4096];/*** @brief	生成正弦数据* @param	maxval : 正弦的振幅* @param	samples: 正弦一个周期的采样点个数* @retval	无*/
static void dac_creat_sin_buf(uint16_t maxval, uint16_t samples)
{uint16_t i;double w;uint16_t outdata;w = (2 * 3.1415926) / samples;						/* ω=2π/T */for (i=0; i<samples; i++){outdata = maxval * sin(w * i + 0) + maxval;	/* y=Asin(ωx+φ)+b */if (outdata > 4095)								/* 限制上限 */{outdata = 4095;}g_dac_sin_buf[i] = outdata;}
}int main(void)
{uint8_t key;uint8_t t = 0;uint16_t dacdata;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_dma_wave_init(1);								/* 初始化DAC输出波形 *//* 生成正弦数据，振幅约3.3(V)，100个数据 */dac_creat_sin_buf(2048 - 1, 100);/* 定时器触发速率100KHz，100个数据，输出约1KHz的正弦波 */dac_dma_wave_enable(1, 100, 10 - 1, 84 - 1);lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DAC DMA Sine WAVE TEST", RED);lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "DAC VAL:", BLUE);lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "DAC VOL:0.000V", BLUE);lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "ADC VOL:0.000V", BLUE);while (1){t++;key = key_scan(0);if (key == WKUP_PRES)		/* ADC通道1输出高采样率正弦波 */{/* 生成正弦数据，振幅约3.3(V)，100个数据 */dac_creat_sin_buf(2048 - 1, 100);/* 定时器触发速率300KHz，100个数据，输出约3KHz的正弦波 */dac_dma_wave_enable(1, 100, 10 - 1, 28 - 1);}else if (key == KEY0_PRES)	/* ADC通道1输出低采样率正弦波 */{/* 生成正弦数据，振幅约3.3(V)，100个数据 */dac_creat_sin_buf(2048 - 1, 10);/* 定时器触发速率300KHz，10个数据，输出约30KHz的正弦波 */dac_dma_wave_enable(1, 10, 10 - 1, 28 - 1);}/* 获取并显示DAC输出电压的数字量 */dacdata = DAC_ReadDataOutputValue(DAC_CHANNEL_1);lcd_show_xnum(94, 130, dacdata, 5, 16, 0, BLUE);/* 计算并显示DAC输出电压的模拟量 */dac_voltage = (dacdata * 3300) / 4095;lcd_show_xnum(94, 150, dac_voltage / 1000, 1, 16, 0, BLUE);lcd_show_xnum(110, 150, dac_voltage % 1000, 3, 16, 0x80, BLUE);/* 获取、计算并显示ADC采集到电压的模拟量 */adcdata = adc_get_result_average(ADC_ADCX_CHY, 20);adc_voltage = (adcdata * 3300) / 4095;lcd_show_xnum(94, 170, adc_voltage / 1000, 1, 16, 0, BLUE);lcd_show_xnum(110, 170, adc_voltage % 1000, 3, 16, 0x80, BLUE);if (t == 10){LED0_TOGGLE();t = 0;}delay_ms(5);}
}

可以看到，在实验应用代码中，定义了函数dac_creat_sin_buf()，该函数用于生成正弦波数据，并保存至数组g_dac_sin_buf中。在完成DAC初始化后，便生成了一组正弦波数据，并调用函数dac_dma_wave_enable()使能DAC通道1输出指定的正弦波，随后便通过扫描到的不同按键值，输出不同频率的正弦波。同时也还使能了ADC便于观察DAC输出的电压，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都将被实时地在LCD上进行显示。
41.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上实时地显示了DAC通道1输出电压的数字量和模拟量以及ADC1通道1采集到电压的模拟量，此时可以将PA1引脚（ADC1采集引脚）和PA4引脚（DAC通道1）短接，便可以看到LCD上显示的ADC采集到电压的模拟量随DAC通道1输出电压的模拟量变化。为了更方便地观察DAC通道1输出的正弦波，可以使用示波器观察PA4引脚的输出，通过按下KEY0按键可以观察到频率约为30KHz的正弦波，而按下KEY_UP按键则可以观察到频率约为3KHz的正弦波。

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