STM32入门笔记（7）：STM32CubeMX配置DAC+DMA生成正弦波及任意波形

DMA即Direct Memory Access，直接存储器访问的缩写。DMA允许数据在内存中直接传输，该功能通过DMA控制器实现，不需要CPU的介入，因此可以很大的节约CPU资源，在今天的实验中，由于生成波形需要的速率较高，直接使用CPU会造成很大的资源浪费，因此选用DAC+DMA的方式。

二，基础配置：

在STM32CubeMX中新建一个项目，选择你的MCU，进入配置界面

1，时钟，调试配置：

选择时钟源，配置调试

配置一下时钟树

这里考虑到大部分朋友用的是F1系列，主频我设置为了72MHz

2，外设配置：

DAC配置：

来讲一下这几个参数：

Output Buffer：输出缓冲，可以提升带载能力，不过在本次实验中用不到

Trigger：触发方式，即通过何种方式触发DAC的一次转换，这里配置的是TIM2计时器触发DAC转换，这样就可以通过计时器实现频率同步

Wave generation mode：波形生成模式，有三角波和噪声波两种使能模式，本次实验不需要，所以不使能

DMA配置：

在DAC配置界面的DMA Setting一栏，点击Add添加一个DMA，配置为循环模式

关于DMA循环模式和正常模式：

DMA的循环模式会在DMA传输完成后将地址重新移至初始地址，自动开启下一次传输，正常模式则会在一次传输结束后停止DMA传输

由于本次生成的是周期性的正弦波，所以选择循环模式

注意，DMA传输过程中不允许对传输区域内存的更改，所以想要改变波形需要先停止DMA传输。

定时器配置：

由于选择的DAC触发源是TIM2，所以对TIM2进行配置

由于后续会在Keil中编写定时器配置的函数，所以这里就没有配置PSC和ARR。如果你的项目已经确定好要用多少的触发频率，在这里直接配置好就可以了

下面来讲一下 Trigger Output Parameters中的两个参数：

MSM：主从模式，值得注意的是，这个参数并不是配置该定时器的主从模式的，而是配置TRGI事件延时以实现几个定时器之间的完美同步

Trigger Event Selection：触发事件选择，在这里选择了更新事件

3，项目配置：

进入Project Manager页面，设置项目属性

设置完成后点击右上角GENERATE CODE生成代码，在弹出的对话框中点击Open Project打开项目。

三，代码编写：

首先确定程序逻辑：

1，通过用户编写的函数生成一个具有一个周期内DAC值的采样数组

2，将该数组通过DMA送入DAC，开启TIM2触发DAC转换

可以发现逻辑框架还是很简单的

1，数组生成：

使用了 math.h 和 stdlib.h 两个头文件，记得先引用

使用C语言 math库中的sin函数生成采样数组，程序说实话有点难以描述，先上代码再逐行讲解

/* USER CODE BEGIN 0 */
#define PI      3.14159265358979

#define TIME_INTERVAL_US      10
#define TIM_FREQUENCY_MHZ     72

typedef struct SinWavePar {
  int length;
  uint16_t *DACbuf;
}SinWavePar;

double linearmapping(double as,double ae,double bs,double be,double val){
  return(val*(be-bs)/(ae-as)+bs-as*(be-bs)/(ae-as));
}

void TIM_Config(void){
  __HAL_TIM_SET_PRESCALER(&htim2,0);
  __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,(uint32_t)((TIME_INTERVAL_US)*(TIM_FREQUENCY_MHZ)-1));
}

SinWavePar GenerateSinWave(int f){
  SinWavePar Par;
  Par.length = 1000000/(TIME_INTERVAL_US)/f;
  Par.DACbuf = malloc(sizeof(uint16_t)*Par.length);
  for(int i=0;i<Par.length;i++){
    Par.DACbuf[i]=(uint16_t)linearmapping(-1,1,0,0xFFF,sin(linearmapping(0,Par.length,0,2*PI,i)));
  }
  return Par;
}

/* USER CODE END 0 */

先简单讲一下不那么重要的几个

宏定义 PI：π的近似值

宏定义 TIME_INTERVAL_US：两次转换之间的时间间隔，单位是us

结构体 SinWavePar：正弦波的结构体，用于储存采样点数量，数组地址

linearmapping：线性映射，用于将时基映射到0~2π，其本质是求坐标系中过 (as,bs),(ae,be)两个点的直线解析式，然后将val代入求值

TIM_Config：定时器参数的配置，单独写出来是为了方便后续修改正弦波参数

宏定义 TIM_FREQUENCY_MHZ：定时器的频率，单位是MHz

这个频率通过数据手册和时钟树找到：

从数据手册可以看到TIM2挂在APB1总线下

再看一下时钟树，可以发现定时器的频率是72

如果没有使用STM32CubeMX，可以使用 RCC_GetClocksFreq（固件库开发）或者
HAL_RCC_GetSysClockFreq （HAL库开发）先获取APB1的频率，然后乘2就是TIM2的频率

下面逐行讲解 int GenerateSinWave 函数

SinWavePar Par;

该语句用于定义结构体

Par.length = 1000000/(TIME_INTERVAL_US)/f;

该语句用于计算一个周期内采样点数量，1,000,000代表1,000,000us，计算原理如下：

根据数学知识，周期 T=1/f，但由于单位要用us，所以就乘了 1,000,000，变成1,000,000/f，这样就得到了一个周期需要多少个us，然后除以转换的时间间隔，就得到了一个周期内采样点的数量

Attention：如果除不尽，请不要改 1,000,000这个数，因为这是与计时器对应的，只改动该值会导致频率跑偏，除不尽就改动 TIME_INTERVAL_US这个宏定义，只要确保TIME_INTERVAL_US*TIM_FREQUENCY_MHZ 为整数，这个宏定义是小数也无所谓（如果不是对精度特别敏感，两个宏定义积不是整数也没关系）。1000000/TIME_INTERVAL_US/f的值最好是整数，如果不是整数会导致周期不完整。当然，上述都是对精度有要求下的注意事项，对精度要求不高就不用管了

Par.DACbuf = malloc(sizeof(uint16_t)*Par.length);

该语句用于为DACbuf分配空间，注意这个是储存波形数据的，后面不要把数组回收了

  for(int i=0;i<Par.length;i++){
    Par.DACbuf[i]=(uint16_t)linearmapping(-1,1,0,0xFFF,sin(linearmapping(0,Par.length,0,2*PI,i)));
  }

由于每个采样点之间的时间间隔固定，所以以一个周期的采样点为时基，映射到0~2π计算对应正弦值，同时要将计算出的值再次映射到0~0xFFF区间内。很明显这两次映射都是线性关系，所以用线性映射，这里不作出线性关系的证明

return Par;

该语句用于返回数据结构体

至此，恭喜你已经攻克了本次实验难点，下面就是调用HAL库函数输出了

2，输出正弦波：

在main中调用函数输出：

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  SinWavePar Par = GenerateSinWave(1000);
  TIM_Config();
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
  HAL_DAC_Start_DMA(&hdac,DAC1_CHANNEL_1,(uint32_t*)Par.DACbuf,Par.length,DAC_ALIGN_12B_R);
  /* USER CODE END 2 */

在用户初始化区域调用一次就可以连续输出了

编译烧录后把DAC输出引脚连接到示波器上，看一下波形