STM32基础教程（CubeMX）—— ADC与DAC

ADC与DAC

ADC与DAC的原理

参考电压

ADC与DAC都是基于参考电压工作的，以百分数的形式进行工作。例如，参考电压为3V时，ADC测定电压为0.5就是1.5V，DAC输出0.5就是输出1.5V。开发板原理图中搜索VREF可以看到参考电压是从哪个管脚引入的。

分辨率

对于ADC/DAC来说，分辨率表示输出/输入数字量变化一个相邻数据码所需输入/所需输出模拟电压的变化量，反映了ADC/DAC对输入模拟信号最小变化的分辨能力。一般，已知一个转换器的位数，并且知道参考电压，其分辨率就是确定的。即同样位数下，参考电压越大，分辨率越低。

STM32F1的DAC

STM32F1只有一个DAC，一般是12位的，有两个通道。DAC值的取值范围为0到4095， $DAC输出电压值 =VREF\times\frac{DOR}{4096}$ ，其中VREF为参考电压，DOR为设置的DAC的值，4096是2的12次方，计算方式为 $2^n$ ， $n$ 是位数。

STM32F1的ADC

STM32F1的ADC核心一般也就两到三个，而通道有十几个，同一个通道还是所有核心共用的。要注意的是，一个核心同时只能转换一个通道的信号，因此需要排序。另外，ADC通道的最后两个比较特殊，一个是芯片温度传感器，一个是参考电压传感器。

CubeMX的操作

DAC的设置

在"Pinout & Configuration"界面下，左侧选择下拉菜单选择模拟（Analog），在模拟里面选择DAC。
在DAC的界面中，勾选你要使用的DAC输出通道。
勾选输出通道后会在下方出现该通道的设置窗口，在该窗口中打开输出缓冲（output buffer），有输出缓冲的时候才有带负载的能力。第二个选项是触发方式，不选择触发方式的时候，就是没有触发，根据输入实时的进行变化。
DMA：在打开了一个DAC之后，可以选择下方的DMA设置窗口，选择一个通道为其添加一个DMA。DMA是一个寄存器，DAC如果打开了DMA，根据定时器的信号，DMA会自动的将它储存的数组中的数据一个个的传给DAC，这样就实现了用DAC输出变化的模拟量的目的，比如正弦波。不过，如果要输出完美的正弦波，也就是光滑的正弦波，外部还需要设计抗混叠滤波电路。

ADC的设置

在主界面左边的窗口中选择模拟（Analog），在模拟里面选择ADC。这里有多个ADC，任意选择。
在ADC的界面中，勾选你要使用的ADC输入通道。注意，两个ADC核心共用输入口，有的还与DAC共用GPIO口。而ADC核心同时只能处理一个通道的数据。
选择好输入口后，在下方的“Configuration”窗口中，第二个下拉菜单（ADC设置）中，第一个是对齐方式，同DAC对齐方式的意思，一般选右对齐；第二个是扫描转换模式启用选项，一般不管，用了的话会自动启用，启用这个相当于启动了多通道的意思，各通道的顺序在第三个下拉菜单设置；第三个是连续转换模式的启用选项，启用后，在一个通道转换完毕后立刻转换下一个通道，不通过其他方式触发；第四个是非连续转换模式的启用选项，启用后，会将多个通道捆绑，也就是说，一次转换多个，然后等待信号，之后再转换多个。
第三个下拉菜单是定期转换（regular conversion）的配置菜单，第一个是开启还是关闭的选项；第二个是转换多少个通道的数量设置菜单；第三个选项外部触发转换源，也就是选择转换的触发方式，第一个是软件触发，其他的都是定时器触发，分别是定时器的不同事件；之后的几个Rank，就是对选择的通道进行排序，在里面最后一个选项是转换时间的选择，一般来说，越长，测的越准。
NVIC菜单就是设置中断的，如果启用，则转换完成后触发中断。
定时器触发采样：这里以定时器触发输出（Trigger Output）事件为例，选用有该事件的定时器，然后在设置定时器分频的那个窗口里面，选择Trigger Output下拉菜单，第二个选项，即触发输出选择选项，选Updata事件为Trigger Output事件的触发事件。这样一来，定时器在定时完成时会产生Updata事件，Updata事件又产生了Trigger Output事件，该事件触发采样。
ADC时钟的设置：ADC的时钟往往比单片机时钟小得多，也就是说，ADC转换的速度比芯片运算速度慢得多，F1系列一般选择12MHz就很大了。ADC时钟的设置，在时钟设置界面，APB2中，如果过大会报警。
DMA：与DAC类似，ADC也可以使用DMA方式进行采集，过程与DAC相反，采集数据放到DMA中。

Keil5的操作

直接控制DAC

需要在程序中启动DAC，启动的方式类似定时器的启动，函数为HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);
控制DAC输出的值，使用的函数是HAL_DAC_SetValue(DAC地址，DAC通道，DAC对齐方式，DAC的值)，其中DAC对齐方式，是指你给的数字在DAC的寄存器中是左对齐还是右对齐，一般是右对齐，符合数据的计数方式。
注意事项：如果使用DAC控制LED灯的亮度，要考虑到LED灯的开启电压或开启电流，一般加了限流电阻的LED，其开启电压高于0.7V，一般在2V左右。因此，要综合考虑设置DOR的值。另外，DAC输出口有可能不是你要控制的那个外设的输入口，同PWM输出一样，有时候需要连线。

利用DMA控制DAC

需要在程序中启动DAC，启动的方式类似定时器的启动，函数为HAL_DAC_Start(&hdac,DAC_CHANNEL_1);
DMA：在函数中使用“DAC_Start_DMA”关键词找到对应的启动函数启动，启动后就会开始传送。

直接控制ADC

可选：启用ADC自校准HAL_ADCEx_Calibration_Start(ADC核心的地址)，之后需要等待一段时间等待自校准结束再进行下一步编程操作，一般等待延时100即可。
启用带中断的ADC：HAL_ADC_Start_IT(ADC核心的地址)，这里不需要指定ADC的通道，因为通道在CubeMX里面已经进行过排序，会按照那个顺序来。另外，这个函数相当于初始化，只是打开ADC功能，并不会立刻开始转换，它会等待转换指令。这个转换指令就是之前在CubeMX里ADC排序那里设定的信号。另外，如果使用定时器触发，记得打开定时器。
编写ADC的中断服务函数：与其他中断一致，中断服务函数的位置也是在用户应用文件夹中的“芯片型号_it.c”文件中，关键词为ADC，函数全名为"HAL_ADC_IRDHAndler"。这个中断服务函数处理所有adc的中断，同样的，中断服务函数中已经做了一些必要的处理，我们需要编辑的同样是中断服务函数中调用的回调函数。
读取转换结果：传入回调函数的参数是一个地址，假设传入的是adc1的地址，那么就说明adc1转换完毕。如果要读取ADC转换的结果，就使用函数HAL_ADC_GetValue(adc的地址)，这里可以直接写传入函数的参数。注意，这里传入的参数就是一个数字，它不代表具体的电压值，需要通过公式计算出具体的电压值，公式为： $ADC输入电压值=VREF\times\frac{x}{4096}$ ，其中VREF为参考电压，x为读取的ADC的值，4095是12位所能表示的最大的数值，计算方式为 $2^n$ ， $n$ 是位数。
DMA：在函数中使用“ADC_Start_DMA”关键词找到对应的启动函数启动，启动后就会开始传送。