代码收藏家技术教程 2025-06-02

STM32外设DAC实战指南：使用DMA输出正弦波

STM32外设DA实战-DAC + DMA 输出正弦波模板

一，方法思路

二，CubeMX配置

三，代码实现

1，生成正弦波查找表

2，代码实现

一，方法思路

DAC 的一个常见应用是产生任意波形，比如平滑的正弦波。如果让 CPU 频繁计算正弦值并手动更新 DAC 输出，会非常耗费 CPU 资源且难以保证输出频率的精确和稳定。这时，再次请出我们的老朋友：定时器和 DMA。

思路与 ADC 的定时器触发采样类似，但方向相反：
1，生成波形查找表 (Lookup Table – LUT): 在内存中预先计算并存储一个完整周期的正弦波对应的离散数字值（例如 100 个点），形成一个数组。
2，定时器作为"节拍器": 配置一个定时器（如 TIM6 或 TIM7，它们通常有连接到 DAC 的触发输出）以固定的频率产生触发信号 (TRGO)。这个频率决定了输出正弦波的频率。
3，DAC 听从"节拍器"指挥: 配置 DAC，使其由定时器的 TRGO 事件触发转换。
4，DMA 自动"喂数据": 配置 DMA 通道，在每次接收到定时器触发信号后，自动从内存中的正弦波查找表里取出下一个样本点，写入 DAC 的数据保持寄存器 (DHR)。DMA 设置为循环模式，当读取完查找表的最后一个点后，自动回到开头继续读取，从而循环输出正弦波。
5，CPU “袖手旁观”: 一旦初始化完成，整个波形输出过程完全由定时器 + DAC + DMA 硬件自动完成，CPU 基本无需干预。

类比：你预先把一首歌的乐谱 (正弦波查找表) 交给一个自动翻页机 (DMA)。然后设置一个节拍器 (Timer) 控制一个演奏机器人 (DAC)。节拍器每响一次，自动翻页机就把乐谱的下一个音符喂给机器人，机器人立刻演奏出来。整个过程自动化进行，你只需要在开始时启动它们。

二，CubeMX配置

选择DAC的输出通道OUT1，将DMA配置为循环，16位模式

在参数设置中，选择定时器6事件溢出

配置定时器6

配置完成DAC输出，可以看到PA4引脚是DAC输出引脚，输出模拟信号

现在DAC可以输出模拟信号了，我们如何采集呢？
前面我们用ADC1的通道10采集滑动变阻器的模拟电压，这里我们可以打开ADC1多通道模式（再打开通道4，采集DAC输出的模拟信号）

下面IN4通道变红，说明ADC1的输入4和DAC的输出4冲突，这个引脚已经给DAC使用了，不能再同时给ADC使用了

既然打开了ADC的多通道，我们就可以使能多通道扫描，这样ADC就会循环扫描我们选择的通道

使能的ADC的多通道，就要对每个通道进行配置：首先将循环的通道改为2，然后就会自动跳出需要设置的2个通道

对于ADC的DMA配置

用同一个ADC读取两个通道数据到同一个数组buffer，我们只需读取偶数位就能得到第二个通道的数据

配置总结
1,配置定时器 (如 TIM6):
1.1启用定时器，设置时钟源。
1.2计算并设置 Prescaler (PSC) 和 Period (ARR) 以获得所需的采样点输出频率 (注意：这不是最终的正弦波频率)。
重要关系：正弦波频率 = 定时器触发频率 / 每个周期的采样点数
例如，要输出 1kHz 的正弦波，且查找表有 100 个点 (SINE_SAMPLES = 100)，则定时器的触发频率需要是 1kHz * 100 = 100kHz。你需要根据你的系统时钟计算出能产生 100kHz 触发频率的 PSC 和 ARR 组合。
1.3将 Trigger Output (TRGO) 设置为 “Update Event”。
2,配置 DAC:
2.1启用 DAC 通道 (如 Channel 1)。
2.2设置 Output Buffer 为 Enable (通常推荐)。
2.3设置 Trigger 为触发 DAC 的那个定时器的 TRGO 事件，例如 “Timer 6 Trigger Out event”。
3,配置 DMA (在 DAC 的 DMA Settings 页):
3.1为 DAC 通道添加 DMA 请求 (Add DMA Request)，选择一个 DMA 通道。
3.2设置 Direction 为 Memory to Peripheral (数据从内存流向外设)。
3.3设置 Mode 为 Circular (循环读取查找表)。
3.4设置 Peripheral 和 Memory 的 Data Width：
Peripheral 通常是 Half Word (16位)，因为 DAC 数据寄存器通常只需要写入 12 位或 8 位。
Memory 通常也设置为 Half Word (16位)，以匹配我们 uint16_t SineWave[] 数组的元素大小。
3.5确保 Memory 地址是递增的 (Increment Address: Memory)。
3.6Peripheral 地址不递增 (Increment Address: Peripheral – Disabled)。
4,NVIC 配置：对于纯 DAC 输出，通常不需要启用 DAC 或 DMA 的中断。

DMA 数据宽度说明：注意这里与 ADC 的 DMA 配置不同。因为 DAC 数据寄存器通常只需要写入有效数据位（如 12 位），并且我们的查找表是 uint16_t 类型，所以 DMA 的外设和内存宽度都设置为 Half Word (16位) 是最自然、最高效的配置。

三，代码实现

1，生成正弦波查找表

首先，我们需要用代码生成包含正弦波数据的数组。以下代码来自 adc_app.c：

// --- 全局变量 --- 
#define SINE_SAMPLES 100    // 一个周期内的采样点数
#define DAC_MAX_VALUE 4095 // 12 位 DAC 的最大数字值 (2^12 - 1)

uint16_t SineWave[SINE_SAMPLES]; // 存储正弦波数据的数组

// --- 生成正弦波数据的函数 ---
/**
 * @brief 生成正弦波查找表
 * @param buffer: 存储波形数据的缓冲区指针
 * @param samples: 一个周期内的采样点数
 * @param amplitude: 正弦波的峰值幅度 (相对于中心值)
 * @param phase_shift: 相位偏移 (弧度)
 * @retval None
 */
void Generate_Sine_Wave(uint16_t* buffer, uint32_t samples, uint16_t amplitude, float phase_shift)
{
  // 计算每个采样点之间的角度步进 (2*PI / samples)
  float step = 2.0f * 3.14159f / samples; 
  
  for(uint32_t i = 0; i < samples; i++)
  {
    // 计算当前点的正弦值 (-1.0 到 1.0)
    float sine_value = sinf(i * step + phase_shift); // 使用 sinf 提高效率

    // 将正弦值映射到 DAC 的输出范围 (0 - 4095)
    // 1. 将 (-1.0 ~ 1.0) 映射到 (-amplitude ~ +amplitude)
    // 2. 加上中心值 (DAC_MAX_VALUE / 2)，将范围平移到 (Center-amp ~ Center+amp)
    buffer[i] = (uint16_t)((sine_value * amplitude) + (DAC_MAX_VALUE / 2.0f));
    
    // 确保值在有效范围内 (钳位)
    if (buffer[i] > DAC_MAX_VALUE) buffer[i] = DAC_MAX_VALUE;
    // 由于浮点计算精度问题，理论上不需要检查下限，但加上更健壮
    // else if (buffer[i] < 0) buffer[i] = 0; 
  }
}

逻辑分解：

1，参数定义: samples 决定了波形的平滑度（点数越多越平滑），amplitude 控制了波形的峰值（相对于中心值），phase_shift 可以调整波形的起始相位。
2，计算步进: step 计算出每个采样点对应的角度增量。
3，循环计算: 遍历所有采样点。
使用 sinf() 函数 (单精度浮点正弦，通常比 sin() 快) 计算当前点的正弦值 (-1.0 到 1.0)。
映射与平移: 这是关键。将 sine_value 乘以 amplitude 得到幅度缩放后的值。然后加上 DAC_MAX_VALUE / 2.0f (中心值，大约是 2047.5)，将波形整体向上平移，使其中心对准 DAC 输出范围的中点。最终结果被转换为 uint16_t。
钳位 (Clamping) (可选但推荐): 由于浮点计算可能存在微小误差，最好检查计算结果是否超出 DAC 的有效范围 (0 ~ 4095)，如果超出则强制限制在边界值。

2，代码实现

完成配置后，只需要在代码中调用生成函数和启动函数即可：

// --- 初始化函数 (在 main 函数或外设初始化后调用) ---
void dac_sin_init(void)
{
    // 1. 生成正弦波查找表数据
    //     amplitude = DAC_MAX_VALUE / 2 产生最大幅度的波形 (0-4095)
    Generate_Sine_Wave(SineWave, SINE_SAMPLES, DAC_MAX_VALUE / 2, 0.0f);
    
    // 2. 启动触发 DAC 的定时器 (例如 TIM6)
    HAL_TIM_Base_Start(&htim6); // htim6 是 TIM6 的句柄
    
    // 3. 启动 DAC 通道并通过 DMA 输出查找表数据
    //    hdac: DAC 句柄
    //    DAC_CHANNEL_1: 要使用的 DAC 通道
    //    (uint32_t *)SineWave: 查找表起始地址 (HAL 库常需 uint32_t*)
    //    SINE_SAMPLES: 查找表中的点数 (DMA 传输单元数)
    //    DAC_ALIGN_12B_R: 数据对齐方式 (12 位右对齐)
    HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t *)SineWave, SINE_SAMPLES, DAC_ALIGN_12B_R);
}

// --- 无需后台处理任务 --- 
// 一旦 dac_sin_init 调用完成，硬件会自动循环输出波形
// adc_task() 中可以移除 dac 相关的处理

逻辑分解：

1，Generate_Sine_Wave(…): 调用我们之前定义的函数，填充 SineWave 数组。这里设置 amplitude 为 DAC_MAX_VALUE / 2，使得生成的波形能覆盖 DAC 的整个输出范围 (近似 0V 到 Vref)。
2，HAL_TIM_Base_Start(&htim6);: 启动作为触发源的定时器。定时器会按照预设频率开始产生 TRGO 信号。
3，HAL_DAC_Start_DMA(…): 这是启动 DAC 输出的关键。它会：
3.1启用指定的 DAC 通道 (DAC_CHANNEL_1)。
3.2配置并启动 DMA 通道，使其源地址指向 SineWave 数组的开头，目标地址指向 DAC 的数据寄存器。
3.3DMA 会在每次接收到定时器触发信号时，从 SineWave 数组读取一个 uint16_t 值（因为配置为 Half Word），根据指定的对齐方式 (DAC_ALIGN_12B_R – 12 位右对齐) 写入 DAC 数据寄存器。
3.4由于 DMA 设置为循环模式，读取完 SINE_SAMPLES 个点后会自动回到数组开头，无限循环。

之后，无需 CPU 干预（不用循环遍历，只放在while循环之前初始化一次），DAC 就会在定时器的精确控制下，通过 DMA 持续输出流畅的正弦波信号了！