STM32实验：使用PWM生成模拟输出信号

一般一个STM32只有2个DAC输出通道，如果需要多路DAC输出，可以选择外扩DAC，但成本回相当高。于是在一些精度要求不高的场合，我们采用定时器输出PWM和RC滤波器模拟DAC来代替外扩DAC。

PWM占空比可由以下式子计算出：p = n / N (n是on的时间，即带宽，N是周期)

PWM周期是由ARR决定的，PWM占空比是由CCRx决定。ARR是自动重装载寄存器的数值，即定时器的锯齿波的最大值，CCRx是捕获/比较寄存器x的数值，是进行比较器comparator的正极电压。

于是我们知道，DAC输出电压为 = DORx / 4096 * Vref。对于分辨率 = log2 (N)，比如N = 256，分辨率为8位。因为定时器的时钟频率往往更高，所以更容易获得更高的分辨率。本实验也以8位为例。

本实验的要求如下：要求一次谐波对输出电压影响不要超过一个位的精度，也就是3.3 / 256 = 0.01289V。假设Vh为3.3V，Vl为0V，这里的一次谐波的最大值为2 * 3.3 / pi = 2.1V。RC滤波电路要求是提供至少 -20lg(2.0 / 0.01289) = -44dB的衰减。截止频率要求为当定时器计数频率为72MHz，PWM DAC频率为8位时，PWM频率为72M / 256 = 281.25kHz，如果是一阶RC滤波，则要求截止频率为1.77kHz，如果是二阶RC滤波，则要求截止频率为22.34kHz。

对二阶RC滤波器来说，频率计算公式为f = (1 / (2 * pi)) *RC

接下来我们编写实验代码：

首先我们编写函数代码dac_pwm.c：

#include "dac_pwm.h"
#include "./BSP/TIMER/gtim.h"

TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle;

void dac_pwm_init(uint16_t arr, uint16_t psc){

    TIM_OC_InitTypeDef timx_oc_pwm_chy;
 
    g_timx_pwm_chy_handle.Instance = TIM1;
    g_timx_pwm_chy_handel.Init.Prescaler = psc;
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.Period = arr;
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;//向上计数模式
    g_timx_pwm_chy_handle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
    HAL_TIM_PWM_Init(&g_timx_pwm_chy_handle);
 
    timx_oc_pwm_chy.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;//选择PWM1模式
    timx_oc_pwm_chy.Pulse = 0;//设置占空比的比较值
    timx_oc_pwm_chy.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;//输出极性：低极性
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_timx_pwm_chy_handle, &timx_oc_pwm_chy, TIM_CHANNEL_1);
 
    HAL_TIM_PWM_Start(&g_timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1);

}

void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim){
    if(htim->Instance == TIM1){
        GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
 
        
        gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_8;
        gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
        gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
 
        __HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
        __HAL_AFIO_REMAP_TIM3_PARTIAL();
    }
}

void dac_pwm_set_voltage(uint16_t vol){

    float temp = vol;
    temp /= 1000;
    temp = temp * 256 / 3.3;

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(& timx_pwm_chy_handle, TIM_CHANNEL_1, temp);
}

接下来再编写函数头文件dac_pwm.h：

#ifndef __DAC_PWM_H
#define __DAC_PWM_H
 
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
 
extern TIM_HandleTypeDef g_timx_pwm_chy_handle;

void dac_pwm_init(uint16_t arr, uint16_t psc);
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim);
void dac_pwm_set_voltage(uint16_t vol);
 
#endif

最后编写主函数代码main.c：

#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/GTIM/gtim.h"
#include "./BSP/DAC/dac_pwm.h"
 
int main(void){
    uint16_t adcx = 0;
    float temp = 0;
    uint16_t t = 0;

    HAL_Init();
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);
    delay_init(72);
    led_init();
    lcd_init();
    dac_init();
    adc_init();
    dac_pwm_init(256 - 1, 0);

    dac_pwm_set_voltage(3300);
    lcd_show_string(30,  50, 200, 16, 16, "STM32F103", RED);
    lcd_show_string(30,  70, 200, 16, 16, "DAC TEST", RED);
    lcd_show_string(30,  90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "WK_UP:+  KEY1:-", RED);

    while (1)
    {
        adcx = adc_get_result();
        lcd_show_xnum(134, 110, adcx, 5, 16, 0, BLUE);

        temp = (float)adcx * (3.3 / 4096);
        adcx = temp;
        lcd_show_xnum(134, 130, adcx, 1, 16, 0, BLUE);

        temp -= adcx;
        temp *= 1000;
        lcd_show_xnum(150, 110, temp, 3, 16, 0x80, BLUE);

        LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁 */
        delay_ms(100);
    }
}

到这里我们的实验代码就编写完毕了。