【ADC与DAC模块深入分析】：STM32F10x到GD32F30x移植进阶

 # 摘要 本文对STM32F10x和GD32F30x微控制器中的模拟数字转换器（ADC）与数字模拟转换器（DAC）模块进行了深入分析。通过对比两个系列微控制器的ADC和DAC模块，本文探讨了它们的硬件结构、工作模式、配置、高级特性和性能优化，并提出了从STM32F10x到GD32F30x的移植策略。文章还通过应用案例分析，展示了ADC和DAC模块在实时数据采集系统和数字信号发生器中的实际应用。最后，本文总结了移植经验，并对ADC和DAC技术的发展趋势进行了展望，指出未来技术进步对于提升系统性能和效率的重要性。 # 关键字 ADC模块；DAC模块；STM32F10x；GD32F30x；移植策略；应用案例分析 参考资源链接：[STM32F10x移植到GD32F30x实战指南：硬件差异与软件配置](https://wenku.csdn.net/doc/3ds6zunx53?spm=1055.2635.3001.10343) # 1. ADC与DAC模块基础概念 ## 1.1 数模转换与模数转换简介 在信息技术领域，模拟信号和数字信号的转换是至关重要的技术之一。模拟信号是连续变化的电信号，而数字信号则是由一系列离散值组成的信号。ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）是实现这两种信号相互转换的关键电子组件。 ## 1.2 ADC模块的功能与作用 ADC模块的主要功能是将模拟信号转换为数字信号，以便计算机或其他数字系统能处理和分析这些信号。它通常用于数据采集系统、音频处理、图像采集等领域。 ## 1.3 DAC模块的功能与作用 相对的，DAC模块将数字信号转换为模拟信号，这在数字音视频播放、信号发生器、波形输出设备等领域有着广泛的应用。 ```mermaid graph LR A[模拟信号] -->|ADC| B(数字信号) B -->|DAC| C[模拟信号] ``` 以上流程图展示了从模拟信号到数字信号再到模拟信号的转换过程。在实际应用中，ADC与DAC的转换过程涉及信号的采样、量化以及编码，这些都将在后续章节中进一步讨论。 # 2. STM32F10x中的ADC与DAC模块 ## 2.1 STM32F10x的ADC模块 ### 2.1.1 ADC模块的硬件结构 STM32F10x系列微控制器中的ADC模块是基于逐次逼近原理的12位模数转换器，它能够将模拟信号转换为数字信号。硬件结构包括模拟多路选择器、逐次逼近寄存器、控制逻辑和数据寄存器等。STM32F10x ADC支持多达18个通道，可以对多个信号进行采样和转换。 ### 2.1.2 ADC模块的工作模式和配置 ADC模块具有不同的工作模式，例如单次转换模式、连续转换模式、扫描模式和混合模式。这些模式允许不同的转换策略，适用于不同的应用场景。ADC的工作模式配置主要依赖于控制寄存器的设置，如ADCR寄存器中的ADON位用于启动或停止转换，以及CR2寄存器中的ADON位用于控制ADC是否启动转换。 ```c // 示例代码：配置ADC为单次转换模式 void ADC_Configuration(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; // ADC enable, SWSTART = 0, Contineous mode = 0 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // External trigger conversion mode for做出了触发源 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // Regular channel ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //右对齐 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //对2个转换进行排序 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //12位转换 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //初始化ADC ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //使能ADC1 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //配置ADC1的通道10，转换序列为1，采样时间为55.5周期 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); } ``` ### 2.1.3 ADC模块的高级特性 STM32F10x的ADC模块还提供了包括温度传感器、Vrefint内部参考电压、Vbat电池电压通道在内的高级特性。此外，它还支持DMA（直接内存访问）传输和外部触发转换功能，以实现更高效的数据处理和转换。 ## 2.2 STM32F10x的DAC模块 ### 2.2.1 DAC模块的硬件结构 STM32F10x系列微控制器中的DAC模块允许产生精确的模拟信号，这在生成波形、模拟信号处理等场合中非常有用。硬件结构通常包括数字至模拟转换器核心和一些控制逻辑。STM32F10x的DAC模块支持左右两个通道。 ### 2.2.2 DAC模块的配置和使用 DAC模块的配置和使用需要通过外设控制寄存器来实现，可以通过软件触发或外部触发事件来启动DAC转换。下面的代码展示了如何配置DAC模块，以及如何将其置于12位模式并启动转换。 ```c // 示例代码：配置并启动DAC模块 void DAC_Configuration(void) { DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure; // DAC channel: DAC_Channel_1 DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None; // Initialize the DAC peripheral DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure); // Enable DAC Channel1 DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); // Set DAC DHR12R1 value: between 0x000 and 0xFFF DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0xFFF); } ``` ### 2.2.3 DAC模块的性能优化 在使用DAC模块时，开发者需要关注其精度和转换速度。在保持高精度输出的同时，通过减少数据更新时间或提高采样率可以进一步优化性能。此外，通过利用DMA可以减少CPU负担，从而提升系统整体性能。 以上介绍了STM32F10x中ADC和DAC模块的硬件结构、工作模式、配置使用以及性能优化，为深入理解这两个模块提供了基础。接下来的章节会对比GD32F30x系列微控制器中的相应模块，以及讨论如何在不同的MCU间进行移植与优化。 # 3. GD32F30x中的ADC与DAC模块 ## 3.1 GD32F30x的ADC模块 ### 3.1.1 ADC模块的硬件结构比较 GD32F30x系列微控制器的ADC模块具有12位分辨率，支持多达16个通道，且提供了多种转换模式，包括单次转换、连续转换、扫描转换等。与STM32F10x相比，GD32F30x的ADC模块在硬件结构上做了进一步的优化和升级。例如，GD32F30x的ADC在功耗控制和转换速度方面进行了特别设计，使其在高精度测量和快速采样应用中表现出色。 下表展示了GD32F30x与STM32F10x系列微控制器ADC模块硬件结构的对比： | 特性 | GD32F30x | STM32F10x | |------------|---------------------|----------------------| | 分辨率 | 12位 | 12位 | | 最大转换速度 | 高达2MSPS（毫次/秒） | 高达1MSPS | | 通道数量 | 最多16个通道 | 最多18个通道 | | 采样时间 | 最短1个周期 | 最短2个周期 | | 模拟通道 | 单端输入或差分输入 | 单端输入或差分输入 | | 参考电压 | 可独立配置 | 可独立配置 | | 触发源 | 多种触发源，包括定时器、外部事件、软件触发 | 多种触发源，包括定时器、外部事件、软件触发 | 通过以上比较，我们可以看出GD32F30x的ADC模块在硬件上提供了更强大的性能，尤其是在转换速度和通道数量上。 ### 3.1.2 ADC模块的工作模式和配置 GD32F30x的ADC模块提供多种工作模式，以适应不同的应用场景。这些模式包括常规模式、扫描模式、间断模式等。配置GD32F30x的ADC模块时，需要通过一系列寄存器来设置工作模式、通道选择、数据对齐方式等参数。下面是配置GD32F30x ADC模块的一个典型代码示例： ```c #include "gd32f30x.h" void adc_config(void) { // ADC初始化结构体定义 adc_initpara adc_init_struct; // 使能ADC时钟 rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC); // ADC初始化配置 adc_deinit(A ```