stm32f407 dac产生正弦波tim cube

<think>我们使用STM32的DAC输出正弦波，通常有两种方法：1. 使用DAC+DMA+定时器触发 2. 使用DAC的噪声波形生成模式（但正弦波需要特定配置，不如前者常用）。这里重点介绍第一种方法。 步骤： 1. 配置DAC（通常使用DAC通道1或2） 2. 配置定时器（TIM）以触发DAC转换 3. 配置DMA，将内存中的正弦波数据自动传输到DAC数据寄存器 4. 生成正弦波查找表（LUT） 假设我们使用STM32F4（时钟168MHz），输出1kHz正弦波，采样点数为100个点。 计算： 正弦波周期T=1/1000=1ms 每个点的时间间隔 = 1ms / 100 = 10us 所以定时器触发频率应为100kHz（周期10us）。 定时器配置： 定时器时钟168MHz，分频后计数频率为168MHz/168=1MHz（即1us计数一次），则自动重载值ARR=10-1=9（因为从0开始计数）。 正弦波查找表生成： 对于12位DAC，值范围0-4095（无符号）。我们生成一个正弦波，幅度可设置为满幅度的90%以避免削波。 代码示例： 1. 初始化定时器（TIM）触发： - 这里使用TIM2，通道1，触发DAC 2. 初始化DAC（使能DAC通道1，使用定时器2触发） 3. 初始化DMA（将内存数组传输到DAC数据寄存器） 4. 生成正弦波查找表 具体代码： ```c #include "stm32f4xx.h" #define SAMPLE_COUNT 100 uint16_t sineTable[SAMPLE_COUNT]; void generateSineTable(uint16_t *buffer, uint16_t size, float amplitude_ratio) { for (int i = 0; i < size; i++) { float radian = 2 * 3.14159f * i / size; float value = sin(radian) * amplitude_ratio; // [-amplitude_ratio, amplitude_ratio] // 转换到0-4095范围（12位DAC） buffer[i] = (uint16_t)((value + 1.0f) * 2047.5f); // 注意：如果amplitude_ratio=1，则最大为4095，最小为0 // 如果amplitude_ratio=0.9，则最大值=0.9*2047.5+2047.5=0.9*2047.5+2047.5=3890.25，最小值=2047.5-0.9*2047.5=204.75 } } void DAC_Config(void) { DAC_InitTypeDef DAC_InitStruct; DAC_StructInit(&DAC_InitStruct); DAC_InitStruct.DAC_Trigger = DAC_Trigger_T2_TRGO; // 使用定时器2触发 DAC_InitStruct.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None; DAC_InitStruct.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable; DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStruct); DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); } void TIM_Config(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStruct; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); TIM_TimeBaseStruct.TIM_Period = 9; // 10us中断，因为168MHz/168=1MHz，1计数=1us，10us需要计数10次，所以ARR=9 TIM_TimeBaseStruct.TIM_Prescaler = 167; // 分频系数168-1，计数频率=168MHz/168=1MHz TIM_TimeBaseStruct.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruct); TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update); // 设置更新事件触发TRGO TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); } void DMA_Config(void) { DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Stream5); // DAC通道1使用DMA1 Stream5（不同型号可能不同，请查阅参考手册） DMA_InitStruct.DMA_Channel = DMA_Channel_7; // DAC通道1对应通道7 DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&DAC->DHR12R1; // DAC数据寄存器地址 DMA_InitStruct.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)sineTable; DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral; DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = SAMPLE_COUNT; DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 循环模式 DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStruct.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; DMA_InitStruct.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull; DMA_InitStruct.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single; DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single; DMA_Init(DMA1_Stream5, &DMA_InitStruct); DMA_Cmd(DMA1_Stream5, ENABLE); // 使能DAC的DMA请求 DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE); } int main(void) { // 初始化系统时钟（默认168MHz，已配置好） generateSineTable(sineTable, SAMPLE_COUNT, 0.9f); // 90%幅度 DAC_Config(); TIM_Config(); DMA_Config(); while(1); } ``` 注意： 1. 不同STM32型号的DMA通道和流可能不同，请根据具体型号调整。 2. 如果使用DAC通道2，需要调整DMA通道和寄存器地址。 3. 定时器分频和ARR值根据实际时钟和所需频率调整。 输出正弦波频率计算： 输出正弦波频率 = 定时器触发频率 / 采样点数 = (1/(10us)) / 100 = 100kHz/100 = 1kHz。 如果要改变输出频率，可以调整定时器的触发频率（改变ARR或预分频）或者改变采样点数（但通常固定点数调整定时器频率更方便）。 低通滤波： DAC输出的阶梯波，需要低通滤波（截止频率略高于目标正弦波频率）以平滑波形。 §§相关问题§§ 1. 如何改变输出正弦波的频率？ 2. 如果要求输出正弦波幅度可调，应如何修改代码？ 3. 为什么需要低通滤波器？如何设计其参数？ 4. 使用DAC输出正弦波与PWM+滤波器方式相比有何优缺点？ 5. 当需要输出更高频率的正弦波时，采样点数应如何选择？</think>### STM32使用DAC输出正弦波实现方案 #### 核心原理 STM32的DAC（数字模拟转换器）通过直接输出数字化的正弦波样点值生成模拟正弦波。核心流程为： 1. 配置DAC工作模式（通常使用定时器触发+DMA传输） 2. 生成正弦波查找表（LUT） 3. 设置定时器触发频率（决定输出正弦波频率） 4. 使用DMA自动循环传输数据到DAC #### 完整实现代码（基于STM32Cube HAL库） ```c // 系统时钟配置（以STM32F407@168MHz为例） void SystemClock_Config(void) { RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0}; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0}; // 配置HSE/PLL等（略） } #define SAMPLE_POINTS 256 // 正弦波采样点数 #define DAC_RESOLUTION 4095 // 12位DAC满量程值 uint16_t sineTable[SAMPLE_POINTS]; // 正弦波查找表 // 生成正弦波查找表 void generateSineTable(void) { for (int i = 0; i < SAMPLE_POINTS; i++) { float angle = 2 * M_PI * i / SAMPLE_POINTS; // 映射到0-4095范围（12位DAC） sineTable[i] = (uint16_t)((sin(angle) + 1) * DAC_RESOLUTION / 2); } } // DAC配置 void DAC_Config(void) { DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; hdac.Instance = DAC; HAL_DAC_Init(&hdac); sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T6_TRGO; // 定时器6触发 sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE; HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1); } // 定时器配置（控制输出频率） void TIM6_Config(uint32_t frequency) { htim6.Instance = TIM6; htim6.Init.Prescaler = 0; // 无分频 // 计算ARR值：触发频率 = 168MHz / (Prescaler+1) / (Period+1) htim6.Init.Period = (168000000 / frequency / SAMPLE_POINTS) - 1; HAL_TIM_Base_Init(&htim6); HAL_TIM_Base_Start(&htim6); __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim6, TIM_IT_UPDATE); } // DMA配置（自动传输数据） void DMA_Config(void) { hdma_dac1.Instance = DMA1_Stream5; hdma_dac1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_7; hdma_dac1.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; hdma_dac1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; hdma_dac1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; hdma_dac1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD; hdma_dac1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD; hdma_dac1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR; // 循环模式 HAL_DMA_Init(&hdma_dac1); __HAL_LINKDMA(&hdac, DMA_Handle1, hdma_dac1); HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t*)sineTable, SAMPLE_POINTS, DAC_ALIGN_12B_R); } int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); generateSineTable(); DAC_Config(); TIM6_Config(1000); // 输出1kHz正弦波 DMA_Config(); while (1) { // 主循环（可添加频率/幅度调整逻辑） } } ``` #### 关键参数配置表 | 参数 | 计算公式 | 示例值（1kHz正弦波） | |------|----------|---------------------| | 采样点数 | 根据需求选择 | 256点 | | 定时器ARR | `ARR = (SysClk / Freq / SAMPLE_POINTS) - 1` | (168MHz/1000Hz/256)-1=655 | | DAC分辨率 | 由硬件决定 | 12位（0-4095） | | 输出频率 | `Freq = SysClk / (ARR + 1) / SAMPLE_POINTS` | 1000Hz | #### 性能优化技巧 1. **内存优化**： - 使用`const`将查找表存入Flash - 启用DAC输出缓存减少毛刺 ```c sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE; ``` 2. **动态频率调整**： ```c // 运行时改变正弦波频率 void setSineFrequency(uint32_t freq) { __HAL_TIM_DISABLE(&htim6); htim6.Init.Period = (168000000 / freq / SAMPLE_POINTS) - 1; HAL_TIM_Base_Init(&htim6); __HAL_TIM_ENABLE(&htim6); } ``` 3. **幅度调节**： ```c // 动态调整幅度（0.0-1.0） void setAmplitude(float ratio) { for (int i = 0; i < SAMPLE_POINTS; i++) { float angle = 2 * M_PI * i / SAMPLE_POINTS; sineTable[i] = (uint16_t)((sin(angle) * ratio + 1) * DAC_RESOLUTION / 2); } // 需重启DMA传输更新数据 } ``` #### 硬件连接与滤波 1. **输出引脚**： - DAC通道1：PA4 (STM32F4) - DAC通道2：PA5 2. **推荐滤波电路**： ```plaintext PA4 ────┬─── 1kΩ ────┐ │ │ └─── 10nF ───┴─── GND ``` - 截止频率：f = 1/(2πRC) ≈ 16kHz

### STM32F407ZGT6 DAC 和 DMA 实现正弦波输出 为了实现 STM32F407ZGT6 的 DAC 和 DMA 外设生成正弦波的功能，可以按照以下方法完成配置和编码。以下是详细的说明以及代码示例。 #### 硬件准备 - **STM32F407ZGT6 微控制器开发板** - **电源适配器或 USB 线**（用于供电） - **示波器或其他模拟信号接收设备**（用于验证输出） #### 软件环境 - **STM32CubeMX**（用于初始化项目和配置硬件） - **STM32CubeIDE**（用于编写和调试代码） --- ### 配置步骤 1. **创建工程并配置时钟树** 使用 STM32CubeMX 创建一个新的工程，并设置系统时钟为 168 MHz 或其他合适的频率[^2]。 2. **启用 TIMx 定时器作为触发源** - 启用一个定时器（例如 TIM2），将其配置为更新事件模式。 - 设置预分频器和自动重装载值以定义所需的采样率。假设目标正弦波频率为 `f` Hz，则可以通过以下公式计算： \[ f_{\text{sample}} = \frac{\text{TIM\_CLK}}{(PSC + 1) \times (ARR + 1)} \] 其中 \( PSC \) 是预分频器值，\( ARR \) 是自动重载寄存器值，\( TIM\_CLK \) 是定时器时钟频率。 3. **配置 DAC 模块** - 将 DAC1 或 DAC2 配置为由外部触发启动转换。 - 触发源选择为 TIMx 更新事件。 4. **配置 DMA 控制器** - 启用 DMA 请求通道并将之绑定到 DAC 数据寄存器。 - 配置 DMA 工作于循环模式下，以便连续传输数据缓冲区的内容至 DAC 寄存器。 5. **填充正弦波表** 计算一组代表正弦波的数值数组，范围通常在 0 到满量程之间（对于 STM32F407 的 DAC，默认分辨率为 12 位）。例如： ```c uint16_t sine_wave_table[100]; void generate_sine_wave() { float amplitude = 4095; // Full scale of the DAC output for (int i = 0; i < 100; ++i) { sine_wave_table[i] = (uint16_t)(amplitude * ((sin(2 * M_PI * i / 100)) / 2 + 0.5)); } } ``` 6. **使能外设** - 初始化所有必要的外设（TIMx、DAC、DMA）。 - 开始 DMA 传输过程。 --- ### 示例代码 以下是一个完整的代码框架，展示如何使用 STM32F407ZGT6 的 DAC 和 DMA 来生成正弦波。 ```c #include "stm32f4xx_hal.h" // 正弦波表格大小 #define TABLE_SIZE 100 // 正弦波数据表 uint16_t sine_wave_table[TABLE_SIZE]; void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_DMA_Init(void); static void MX_TIM2_Init(void); static void MX_DAC_Init(void); /** * @brief 主函数入口 */ int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); // 配置系统时钟 MX_GPIO_Init(); // GPIO 初始化 MX_DMA_Init(); // DMA 初始化 MX_TIM2_Init(); // 定时器初始化 MX_DAC_Init(); // DAC 初始化 // 生成正弦波数据表 generate_sine_wave(); // 启动 DMA 传输 HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t*)sine_wave_table, TABLE_SIZE, DAC_ALIGN_12B_R); while (1) {} } /** * @brief 生成正弦波数据表 */ void generate_sine_wave() { float amplitude = 4095; // DAC 满量程值 for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; ++i) { sine_wave_table[i] = (uint16_t)(amplitude * ((sin(2 * M_PI * i / TABLE_SIZE)) / 2 + 0.5)); } } ``` --- ### 关键点解析 - **正弦波生成逻辑**: 上述代码片段展示了如何基于三角函数构建正弦波数据表[^2]。 - **DMA 配置**: DMA 可显著减少 CPU 干预，在高精度实时应用中有重要作用[^2]。 - **硬件抽象层(HAL)**: ST 提供的标准库简化了复杂外设的操作流程[^3]。 ---