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|  V1.0  |  2020-07-11 |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验三十六：DAC实验——输出直流电压 =====
==== 一、实验目的与意义 ====
  - 了解STM32的DAC结构。
  - 了解STM32的DAC特征。
  - 掌握DAC的使用方法。
  - 掌握STM32 HAL库中DAC属性的配置方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、实验设备及平台 ====
  - iCore4 双核心板。
  - JLINK（或相同功能）仿真器。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、实验原理 ====

=== 1、DAC简介 ===
  * STM32F767的DAC模块(数字/模拟转换模块)是12位数字输入，电压输出型的DAC。DAC可以配置为8位或12位模式，也可以与DMA控制器配合使用。DAC工作在12位模式时，数据可以设置成左对齐或右对齐。DAC模块有2个输出通道，每个通道都有单独的转换器。在双DAC模式下，2个通道可以独立地进行转换，也可以同时进行转换并同步地更新2个通道的输出。DAC可以通过引脚输入参考电压Vref+（通ADC共用）以获得更精确的转换结果。
  * STM32F767的DAC模块主要特点有：
    * ① 2个DAC转换器：每个转换器对应1个输出通道
    * ② 8位或者12位单调输出
    * ③ 12位模式下数据左对齐或者右对齐
    * ④ 同步更新功能
    * ⑤ 噪声波形生成
    * ⑥ 三角波形生成
    * ⑦ 双DAC通道同时或者分别转换
    * ⑧ 每个通道都有DMA功能
  * 单个DAC通道的框图如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_36_1.png?direct |}} 
  * 图中VDDA和VSSA为DAC模块模拟部分的供电，而Vref+则是DAC模块的参考电压。DAC_OUTx就是DAC的输出通道了（对应PA4或者PA5引脚）。从图27.1.1可以看出，DAC输出是受DORx寄存器直接控制的，但是我们不能直接往DORx寄存器写入数据，而是通过DHRx间接的传给DORx寄存器，实现对DAC输出的控制。前面我们提到，STM32F767的DAC支持8/12位模式，8位模式的时候是固定的右对齐的，而12位模式又可以设置左对齐/右对齐。单DAC通道x，总共有3种情况：
    * 8位数据右对齐：用户将数据写入DAC_DHR8Rx[7:0]位（实际存入DHRx[11:4]位）。
    * 12位数据左对齐：用户将数据写入DAC_DHR12Lx[15:4]位（实际存入DHRx[11:0]位）。
    * 12位数据右对齐：用户将数据写入DAC_DHR12Rx[11:0]位（实际存入DHRx[11:0]位）。
  * 本实验使用的就是单DAC通道1，采用12位右对齐格式，所以采用第3种情况。
  * 如果没有选中硬件触发(寄存器DAC_CR1的TENx位置’0’)，存入寄存器DAC_DHRx的数据会在一个APB1时钟周期后自动传至寄存器DAC_DORx。如果选中硬件触发(寄存器DAC_CR1的TENx位置’1’)，数据传输在触发发生以后3个APB1时钟周期后完成。一旦数据从DAC_DHRx寄存器装入DAC_DORx寄存器，在经过时间之后，输出即有效，这段时间的长短依电源电压和模拟输出负载的不同会有所变化。我们可以从STM32F767IGT6的数据手册查到的典型值为3us，最大是6us。所以DAC的转
  * 换速度最快是333K左右。
  * 本实验我们将不使用硬件触发（TEN=0），其转换的时间框图如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_36_2.png?direct |}} 
  * DAC引脚图
{{ :icore4:icore4_arm_hal_36_3.png?direct |}} 
=== 2、DAC输出电压 ===

  * 经过线性转换后，数字输入会转换为0到V_(REF+)之间的输出电压。
  * 各DAC通道引脚的模拟输出电压通过以下公式确定：
    DAC_output=V_REF×DOR/4096
=== 3、原理图 ===

  * STM32内部集成两个12位DAC，可以配置成12位或者8位，DAC具有两个独立转换通道。在双DAC模式下，DA转换可被配置成独立模式或者工作模式。iCore4中两路DAC参考电压为2.5V。本实验中我们使用DAC1通道一输出2.0V电压。原理图如下：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_36_4.png?direct |}} 
==== 四、实验程序 ====

1、主函数
<code c> 
int main(void)
{
  /* MCU配置 */
  /* 重置所有外设, 初始化Flash接口和Systick. */
  HAL_Init();
  /* 系统时钟配置 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外设 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DAC_Init();
  LED_GREEN_ON;
  HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_1); //开启DAC通道1
  dac1.set_voltage(2.0);

  while (1)
  {
  }
}
 
</code>
2、DAC初始化
<code c> 
/* DAC初始化函数*/
void MX_DAC_Init(void)
{
  DAC_ChannelConfTypeDef sConfig;
  /** DAC初始化 */
  hdac.Instance = DAC;
  if (HAL_DAC_Init(&hdac) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
    /**DAC 通道1配置 */
  sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
  sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;
  if (HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }
}
 
</code>
  * HAL库中提供了一个DAC初始化函数HAL_DAC_Init，该函数定义如下：
<code c> 
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Init(DAC_HandleTypeDef* hdac)
{ 
  /* 检查DAC句柄 */
  if(hdac == NULL)
  {
     return HAL_ERROR;
  }
  /* 检查参数*/
  assert_param(IS_DAC_ALL_INSTANCE(hdac->Instance));
  if(hdac->State == HAL_DAC_STATE_RESET)
  { 
    /* 分配锁资源并对其进行初始化 */
    hdac->Lock = HAL_UNLOCKED; 
    /* 初始化底层硬件 */
    HAL_DAC_MspInit(hdac);
  }
  /* 初始化DAC状态*/
  hdac->State = HAL_DAC_STATE_BUSY;
  /* 将DAC错误代码设置为none */
  hdac->ErrorCode = HAL_DAC_ERROR_NONE;
  /* 初始化DAC状态*/
  hdac->State = HAL_DAC_STATE_READY;
  /*返回函数状态 */
  return HAL_OK;
}
 
</code>
3、使能DAC转换通道
  * 初始化DAC之后，理所当然要使能DAC转换通道，HAL库函数定义如下：
<code c> 
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_Start(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel)//第一个参数是DAC句柄，第二个用来设置DAC 通道
{
  uint32_t tmp1 = 0, tmp2 = 0;
  /* 检查参数 */
  assert_param(IS_DAC_CHANNEL(Channel));
  /* 锁定进程 */
  __HAL_LOCK(hdac);
  /* 更改DAC状态 */
  hdac->State = HAL_DAC_STATE_BUSY;
  /* 使能外设 */
  __HAL_DAC_ENABLE(hdac, Channel);
  if(Channel == DAC_CHANNEL_1)
  {
    tmp1 = hdac->Instance->CR & DAC_CR_TEN1;
    tmp2 = hdac->Instance->CR & DAC_CR_TSEL1;
    /* 检查是否启用了软件触发器*/
    if((tmp1 ==  DAC_CR_TEN1) && (tmp2 ==  DAC_CR_TSEL1))
    {
      /* 启用选定的DAC软件转换 */
      hdac->Instance->SWTRIGR |= (uint32_t)DAC_SWTRIGR_SWTRIG1;
    }
  }
  else
  {
    tmp1 = hdac->Instance->CR & DAC_CR_TEN2;
    tmp2 = hdac->Instance->CR & DAC_CR_TSEL2;    
    /* 检查是否启用了软件触发器*/
    if((tmp1 == DAC_CR_TEN2) && (tmp2 == DAC_CR_TSEL2))
    {
      /* 启用选定的DAC软件转换*/
      hdac->Instance->SWTRIGR |= (uint32_t)DAC_SWTRIGR_SWTRIG2;
    }
  }
  /* 更改DAC状态 */
  hdac->State = HAL_DAC_STATE_READY;
  /* 进程解锁 */
  __HAL_UNLOCK(hdac);
  /* 返回函数状态 */
  return HAL_OK;
}

</code>
4、设置DAC的输出值
  * 通过前面的步骤设置，DAC就可以开始工作了，我们使用12位右对齐数据格式，就可以在DAC输出引脚（ PA4）得到电压值了，相关的函数为：
<code c> 
void set_voltage(double voltage)
{   
    unsigned short int temp;
    temp = voltage * 4095 / 2.5;
    HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, temp);
}
/* 设置DAC通道的指定数据保持寄存器值 */
HAL_StatusTypeDef HAL_DAC_SetValue(DAC_HandleTypeDef* hdac, uint32_t Channel, uint32_t Alignment, uint32_t Data)
{  
  __IO uint32_t tmp = 0;
  /* 检查参数 */
  assert_param(IS_DAC_CHANNEL(Channel));
  assert_param(IS_DAC_ALIGN(Alignment));
  assert_param(IS_DAC_DATA(Data));
  
  tmp = (uint32_t)hdac->Instance; 
  if(Channel == DAC_CHANNEL_1)
  {
    tmp += DAC_DHR12R1_ALIGNMENT(Alignment);
  }
  else
  {
    tmp += DAC_DHR12R2_ALIGNMENT(Alignment);
  }
  /*设置DAC通道1选择的数据保持寄存器 */
  *(__IO uint32_t *) tmp = Data;
  /* 返回函数状态 */
  return HAL_OK;
}
 
</code>
==== 五、实验步骤 ====

  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、实验现象 ====

  * 用电压表测量PA4引脚有2.0V直流电压输出。