單片機產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試-基于STM32F1xx機型和HAL庫函數(shù) 課件 任務(wù)7.1 認識STM32單片機的DAC

單片機產(chǎn)品設(shè)計與制作

（stm32機型）石梅香項目7、利用DAC實現(xiàn)LED亮度控制任務(wù)7.1認識STM32單片機的DAC總目錄1項目1、利用GPIO和位帶操作實現(xiàn)溫度報警

2項目2、利用SysTick實現(xiàn)溫度報警與控制

3項目3、利用按鍵查詢實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項目4、利用外部中斷實現(xiàn)工件計數(shù)顯示

5項目5、利用定時器實現(xiàn)直流電動機PWM調(diào)速6項目6、利用計數(shù)器實現(xiàn)工件計數(shù)顯示和打包控制

7項目7、利用DAC實現(xiàn)LED亮度控制8項目8、利用ADC實現(xiàn)土壤濕度采集

項目總目標項目總目標具體工作任務(wù)利用STM32內(nèi)部DAC控制LED亮度。亮度值可由按鍵設(shè)定。請進行方案設(shè)計、器件選型、電路和程序設(shè)計，并完成軟硬件調(diào)試。子目錄7項目7、利用外部中斷實現(xiàn)工件計數(shù)及顯示

7.1任務(wù)7.1 認識STM32單片機的DAC7.2任務(wù)7.2 方案及電路設(shè)計7.3任務(wù)7.3 程序設(shè)計7.4任務(wù)7.4 軟硬件深入（七）任務(wù)目標：了解STM32F103ZET6的DAC基本特性與原理，能看懂DAC結(jié)構(gòu)框圖任務(wù)7.1認識STM32單片機的DAC分組討論自由發(fā)言，闡述對模擬量數(shù)字量的認識，查閱資料了解STM32的DAC。討論與發(fā)言舉一些例子說明自動化系統(tǒng)中哪些是模擬量，哪些是數(shù)字量。總結(jié)什么是模擬量，什么是數(shù)字量？二者有何區(qū)別？什么是DAC？什么是ADC？衡量ADC和DAC性能的指標有哪些？3、模擬信號的類型ADC和DAC設(shè)備允許的模擬信號多數(shù)為電壓、電流、電阻等。STM32F1xx的ADC是電壓輸入，允許輸入的范圍是VREF-

≤

VIN

≤

VREF+。STM32F1xx的DAC是電壓輸出，允許輸出的范圍也是VREF-

≤

VOUT

≤

VREF+。由于VREF-與VSSA接在一起，VREF-=0V，因此允許的模擬電壓輸入/輸出范圍就是0～VREF+。認識DAC和ADC4、DAC的位數(shù)及其影響ADC和DAC電路常見有8、12、14、16、24位等。STM32F1xx的ADC和DAC都是12位的。那么DAC的位數(shù)對其性能有什么影響呢？對于1位的DAC，如果VREF=3.3V，則理想狀態(tài)下，向DAC寫“0”時，引腳上輸出0V；向DAC寫“1”時，引腳上輸出3.3V。輸出電壓和數(shù)字的關(guān)系為：VOUT=D×3.3。向DAC寫入數(shù)值每增加或減小1，輸出電壓跳變3.3V。對于2位的DAC，可以向DAC寫“00”、“01”、“10”、“11”四個二進制數(shù)值，對應(yīng)十進制為“0”、“1”、“2”、“3”。如果VREF=3.3V，則可將其設(shè)計為如下特性:向DAC寫“0”，即二進制“00”時，輸出電壓=0V；向DAC寫“1”，即二進制“01”時，輸出電壓=1.1V;向DAC寫“2”，即二進制“10”時，輸出電壓=2.2V;向DAC寫“3”，即二進制“11”時，輸出電壓=3.3V;輸出電壓和數(shù)字的關(guān)系為：VOUT=D×3.3/3。向DAC寫入數(shù)值每增加或減小1，輸出電壓跳變1.1V。認識DAC和ADC4、DAC的位數(shù)及其影響我們將DAC輸出電壓跳變的最小值稱為電壓分辨率。電壓跳變值越小，DAC的分辨率越高。分辨率越高，DAC的電壓控制越精細。顯然2位DAC比1位DAC的分辨率更高。繼續(xù)增大位數(shù)n，會怎樣呢？表7.1.1給出了VREF+=3.3V時，n=8、12、16三種情況下的數(shù)字量和電壓對應(yīng)關(guān)系。表7.1.1VREF=3.3V時不同位數(shù)DAC的數(shù)字和電壓對應(yīng)關(guān)系認識DAC和ADC位數(shù)數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換公式及分辨率二進制十進制n=80000000000×3.3/255=0V轉(zhuǎn)換公式：VOUT=D×255/3.3分辨率：3.3/255≈13mV0000000111×3.3/255≈12.941mV0000001022×3.3/255≈25.882mV………………11111110254254×3.3/255≈3.287V11111111255255×3.3/255=3.3Vn=1200000000000000×3.3/4095=0V轉(zhuǎn)換公式：VOUT=D×4095/3.3分辨率：3.3/4095≈0.8mV00000000000111×3.3/4095≈0.806mV00000000001022×3.3/4095≈1.612mV………………11111111111140954095×3.3/4095=3.3Vn=16000000000000000000×3.3/65535=0V轉(zhuǎn)換公式：VOUT=D×65535/3.3分辨率：3.3/65535≈50μV000000000000000111×3.3/65535≈50.355μV000000000000001022×3.3/4095≈100.710μV………………11111111111111116553565535×3.3/65535=3.3V認識DAC結(jié)構(gòu)

1、DAC結(jié)構(gòu)框圖STM32F103的DAC結(jié)構(gòu)如圖7.1.2所示。STM32F103DAC內(nèi)部有兩個獨立的12位D/A轉(zhuǎn)換器，稱為DACx，x=1和2，它們是DAC的核心執(zhí)行部件，能夠?qū)ORx里存儲的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換成0～VREF的模擬電壓，并輸出到DAC_OUTx引腳。DAC相關(guān)引腳除了DAC_OUTx（包括DAC_OUT1和DAC_OUT2），圖7.1.2中也標出了其它相關(guān)引腳。它們的功能及要求如表7.1.2所示。注意DAC_OUT1固定復(fù)用PA4，DAC_OUT2則復(fù)用PA5。認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)DAC相關(guān)引腳除了DAC_OUTx（包括DAC_OUT1和DAC_OUT2），圖7.1.2中也標出了其它相關(guān)引腳。它們的功能及要求如表7.1.2所示。注意DAC_OUT1固定復(fù)用PA4，DAC_OUT2則復(fù)用PA5。認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)名稱功能要求VDDA和VSSA供電電源正、負極2.4V≤VDDA≤VDD（最大不超過3.6V）VREF+和VREF-參考電源正、負極2.4V≤VREF+≤VDDAVREF-=VSSADAC_OUT1通道1的模擬電壓輸出復(fù)用PA4DAC_OUT2通道2的模擬電壓輸出復(fù)用PA5EXTI_9DAC外部觸發(fā)引腳復(fù)用尾號9的引腳例如PA9、PB9等，可指定4、DAC的數(shù)據(jù)寄存器DORx包括DOR1和DOR2，是數(shù)據(jù)輸出寄存器（DataOutputRegister），DORx的值決定了DACx輸出引腳上的電壓。例如DOR1=0，則DAC_OUT1引腳輸出0V；DOR1=4095，則DAC_OUT1引腳輸出電壓為VREF。DHRx是數(shù)據(jù)保持寄存器（DataHoldRegister）。編程時我們應(yīng)將數(shù)據(jù)寫到DHRx里。DAC工作時，會按照一定的控制邏輯，將DHRx的值裝入DORx，之后進行D/A轉(zhuǎn)換。認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)DAC的數(shù)據(jù)疊加將DHRx的數(shù)據(jù)向DORx裝載時，有三種控制邏輯：不疊加：編程設(shè)置為不疊加時，直接將DHRx的數(shù)據(jù)向DORx裝載，不疊加任何其它數(shù)據(jù)。疊加偽噪聲：將DHRx的數(shù)據(jù)疊加上偽噪聲后，再裝載到DORx。疊加三角波：將DHRx的數(shù)據(jù)疊加上三角波后，再裝載到DORx。疊加偽噪聲的形式，或者疊加三角波的幅度，都可以編程設(shè)定，感興趣的可閱讀《STM32F1xx參考手冊》。本項目主要學(xué)習不疊加模式。認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)DAC控制寄存器DAC控制寄存器能夠根據(jù)程序設(shè)置，發(fā)出諸如ENx、TSELx、TENx、DMAENx、WAVENx、MAMPx等命令，控制DAC1和DAC2的工作。例如編程使能DAC1則EN1=1，只有EN1=1，DAC1才能夠工作。再例如設(shè)置DAC2使能和不疊加，則EN2=1和WAVEN2=00，這種情況下DAC控制寄存器會控制DHR2中的數(shù)據(jù)直接進入DOR2不做任何疊加。認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)DAC的觸發(fā)DHR向DOR的裝載還需要觸發(fā)信號?？梢跃幊淘O(shè)置為如下幾種觸發(fā)方式：外部觸發(fā)使能禁止（TENx=0）TEN就是TriggerEnable（觸發(fā)使能）。如果編程為“觸發(fā)使能禁止”，則CPU執(zhí)行該語句后DAC控制器會發(fā)出TENx=0信號。這種情況下，不需要任何額外的觸發(fā)信號。向DHRx寄存器寫數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)會自動裝入DORx，然后進行D/A轉(zhuǎn)換并向?qū)?yīng)引腳輸出模擬電壓。2.如果編程設(shè)置為“觸發(fā)使能允許”，則執(zhí)行后，DAC還需要一個額外的觸發(fā)信號，才能將DHRx中的數(shù)據(jù)裝入DORx?？梢跃幊讨付ㄓ|發(fā)源TSELx（TriggerSelection）來自以下八種之一：SWTRIGx（SoftWareTrigger），軟件觸發(fā)：DAC軟件觸發(fā)寄存器的SWTRIGx被軟件置位時，觸發(fā)對應(yīng)通道的數(shù)據(jù)裝載。TIM2_TRGO、TIM4_TRGO～TIM8_TRGO，定時器TRGO事件觸發(fā)：當指定定時器（例如TIM2）發(fā)生TRGO事件時觸發(fā)數(shù)據(jù)裝載。EXTI_9，外部中斷9引腳觸發(fā)：當EXTI_9引腳上輸入有效信號時觸發(fā)數(shù)據(jù)裝載。本項目重點學(xué)習外部觸發(fā)禁止和軟件觸發(fā)兩種方式。認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)單DAC和雙DAC模式在STM32F1xxDAC內(nèi)部，DHR寄存器實際上有9個，如圖7.1.3所示。DHR1和DHR2各有3個寄存器，它們在單DAC模式下工作。DHRD有3個寄存器，在雙DAC模式下工作。單DAC模式如圖（a）所示，兩個DAC獨立工作。向DHR12Rx、DHR12Lx或者DHR8Rx（x=1或2）六個寄存器中的任何一個寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將按一定規(guī)則送到DORx寄存器。雙DAC的模式如圖（b）所示，向DHR12RD、DHR12LD或者DHR8RD三個寄存器中的任意一個寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以按照一定的規(guī)則同時或者分時送到DOR1和DOR2寄存器。本項目主要學(xué)習單DAC模式。圖7.1.3單DAC模式和雙DAC模式認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)DAC的數(shù)據(jù)對齊格式STM32F103的DAC是12位的，每個通道的DOR寄存器只需要12位數(shù)據(jù)。但是編程時，向圖7.1.3中的DHR寄存器寫入的數(shù)據(jù)是32位的。數(shù)據(jù)對齊格式規(guī)定了如何將12位數(shù)據(jù)存儲在32位里。共有12位右對齊、12位左對齊和8位右對齊三種格式。（1）單DAC模式以通道1為例，如果希望DAC_OUT1引腳輸出2V電壓，按照12位D/A轉(zhuǎn)換公式，應(yīng)向DOR1寄存器送數(shù)據(jù)2V×4095/VREF=2V×4095/（3.3V）=2482，對應(yīng)12位二進制數(shù)為100110110010。如果以12位右對齊格式寫數(shù)據(jù)，應(yīng)將數(shù)據(jù)寫到DHR12R1寄存器，如圖7.1.4（a）所示。其規(guī)則是：將12位數(shù)據(jù)靠右（Right）放在D11～D0，D15～D12位補“0”，D31～D16不用。不用的位，是“1”還是“0”都不會對數(shù)值有影響，一般可以簡單地認為其值為“0”。12位右對齊這種格式，不會改變數(shù)據(jù)大小，除非數(shù)據(jù)大于4095。如果以12位左對齊格式寫數(shù)據(jù)，應(yīng)將數(shù)據(jù)寫到DHR12L1寄存器，如圖（b）所示。其規(guī)則是：將12位數(shù)據(jù)靠左（Left）放在D15～D4，D3～D0位補“0”。相當于將數(shù)據(jù)左移4位，數(shù)據(jù)大小變?yōu)樵瓉淼?6倍。如果以8位右對齊格式寫數(shù)據(jù)，應(yīng)將數(shù)據(jù)寫到DHR8R1寄存器，如圖（c）所示。其規(guī)則是：將12位數(shù)據(jù)的最低4位舍棄，只留下8位，然后靠右（Right）存放，高8位補“0”。相當于數(shù)據(jù)被右移了4位，此時數(shù)據(jù)大小變?yōu)樵瓉淼?/16。以上以DOR1為例，DOR2也如此。表7.1.3三種數(shù)據(jù)格式下的DAC計算公式數(shù)據(jù)對齊格式轉(zhuǎn)換公式分辨率12位右對齊DDHR=VOUT×4095/VREFVREF/4095，DDHR每改變1，VOUT跳變一個12位分辨率12位左對齊DDHR=（VOUT×4095/VREF）×16=VOUT×65520/VREFVREF/4095，DDHR每改變16，VOUT跳變一個12位分辨率8位右對齊DDHR=（VOUT×4095/VREF）/16=VOUT×255/VREFVREF/255，DDHR每改變1，VOUT跳變一個8位分辨率認識STM32的DAC結(jié)構(gòu)編程時，如果指定為12位右對齊格式，仍可按照DDHR=VOUT×4095/VREF公式，計算待輸出數(shù)字量的大小。注意DDHR應(yīng)小于等于4095。如果指定為12位左對齊格式，應(yīng)將數(shù)據(jù)乘16，才可得到同樣的電壓輸出。即公式變?yōu)椋篋DHR=（VOUT×4095/VREF）×16=VOUT×65520/VREF，注意D應(yīng)小于等于65520。如果指定為8位右對齊格式，應(yīng)將