STM32F103 DAC输出正弦波

STM32F103C8T6 最小系统开发板驱动DAC输出正弦波

1. 硬件设计

1.1 最小系统开发板

STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，拥有内置的12位DAC（数字-模拟转换器）模块。该模块可以输出模拟信号，通过转换数字值生成对应的电压输出。本项目使用STM32F103C8T6开发板的DAC模块输出正弦波形。

假设我们使用PA4引脚作为DAC输出通道。下面是硬件连接：

STM32F103C8T6 引脚	输出信号
PA4	正弦波输出

1.2 DAC原理

DAC（数字-模拟转换器）将数字信号转换为模拟电压信号。在STM32F103C8T6中，DAC模块提供了一个12位的分辨率，意味着输出电压值可以在0到4095之间变化。DAC的工作原理是将输入的数字值通过内置的转换器生成对应的模拟信号输出。

DAC的工作步骤如下：

1. 数字输入：将数字信号通过内存或外部输入提供给DAC。
2. 转换过程：DAC模块将数字信号转换为模拟信号，并输出电压。
3. 输出信号：转换后的模拟信号通过DAC的输出引脚（PA4）输出。

2. 软件设计

2.1 开发环境

• 开发工具：STM32CubeMX、Keil uVision 5
• 下载工具：ST-Link V2（用于将程序烧录到STM32开发板）
• 固件库：STM32Cube HAL库

2.2 STM32CubeMX配置

1. 打开STM32CubeMX，选择STM32F103C8T6芯片。
2. 在Pinout & Configuration界面，配置PA4为DAC输出通道。
3. 配置时钟、GPIO和DAC外设：
   • 启用DAC外设。
   • 配置DAC为普通模式输出。
4. 生成代码并打开Keil uVision 5。

2.3 输出正弦波的步骤

2.3.1 初始化DAC

首先，初始化DAC外设，配置为正弦波输出模式。代码如下：

/* DAC初始化代码 */
DAC_HandleTypeDef hdac;

void DAC_Init(void)
{
    __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();  // 启用DAC时钟

    hdac.Instance = DAC;
    HAL_DAC_Init(&hdac);  // 初始化DAC
}

2.3.2 配置DAC输出通道

配置DAC输出通道（如PA4），并设置为正弦波输出模式。以下是配置代码：

/* 配置DAC通道 */
DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

void DAC_Channel_Config(void)
{
    sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;  // 无触发模式
    sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;  // 启用输出缓冲
    HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1);  // 配置DAC通道1（PA4）
}

2.3.3 生成正弦波数据

正弦波可以通过离散化的正弦函数来生成。为了输出正弦波，需要计算一系列的DAC输入值，并将其按一定的频率写入DAC。这里我们使用一个简单的正弦波生成方式：

#include <math.h>

#define SINE_TABLE_SIZE 100
uint16_t sine_wave_table[SINE_TABLE_SIZE];

void Generate_SineWave(void)
{
    for (int i = 0; i < SINE_TABLE_SIZE; i++)
    {
        sine_wave_table[i] = (uint16_t)((sin(2 * M_PI * i / SINE_TABLE_SIZE) + 1) * 2047.5);  // 正弦波数据
    }
}

2.3.4 输出正弦波

通过DAC模块输出正弦波数据。使用定时器定期写入DAC，以生成平滑的波形：

void Output_SineWave(void)
{
    for (int i = 0; i < SINE_TABLE_SIZE; i++)
    {
        HAL_DAC_SetValue(&hdac, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, sine_wave_table[i]);  // 设置DAC输出值
        HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_1);  // 启动DAC输出
        HAL_Delay(10);  // 延时以实现波形的频率控制
    }
}

2.3.5 完整程序

以下是完整的DAC输出正弦波程序：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "math.h"

DAC_HandleTypeDef hdac;
#define SINE_TABLE_SIZE 100
uint16_t sine_wave_table[SINE_TABLE_SIZE];

void DAC_Init(void);
void DAC_Channel_Config(void);
void Generate_SineWave(void);
void Output_SineWave(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();           // 初始化HAL库
    DAC_Init();           // 初始化DAC
    DAC_Channel_Config(); // 配置DAC通道
    Generate_SineWave();  // 生成正弦波数据

    while (1)
    {
        Output_SineWave();  // 输出正弦波
    }
}

3. 下载工具

使用ST-Link V2将程序烧录到STM32F103C8T6开发板。通过ST-Link V2调试接口连接到开发板，并使用Keil uVision 5的下载功能将程序烧录到微控制器中。

4. 结语

本博客介绍了如何使用STM32F103C8T6最小系统开发板和HAL固件库，通过DAC模块输出正弦波。通过详细的硬件连接、DAC原理、软件设计和示例代码，您可以轻松实现正弦波输出功能。希望本博客对您的项目开发有所帮助。