開發環境：

MDK：Keil 5.30

開發板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 DAC工作原理

1.1 DAC介紹

數字/模擬轉換模塊(DAC)是12位數字輸入，電壓輸出的數字/模擬轉換器。DAC可以配置為8位或12位模式，也可以與DMA控制器配合使用。DAC工作在12位模式時，數據可以設置成左對齊或右對齊。DAC模塊有2個輸出通道，每個通道都有單獨的轉換器。在雙DAC模式下，2個通道可以獨立地進行轉換，也可以同時進行轉換并同步地更新2個通道的輸出。DAC可以通過引腳輸入參考電壓VREF+ 以獲得更精確的轉換結果。

1.2 DAC主要特征

● 2個DAC轉換器：每個轉換器對應1個輸出通道

● 8位或者12位單調輸出

● 12位模式下數據左對齊或者右對齊

● 同步更新功能

● 噪聲波形生成或三角波形生成

● 雙DAC通道同時或者分別轉換

● 每個通道都有DMA功能

● 外部觸發轉換

● 輸入參考電壓VREF+

【注意】一旦使能DACx通道，相應的GPIO引腳(PA4或者PA5)就會自動與DAC的模擬輸出相連(DAC_OUTx)。為了避免寄生的干擾和額外的功耗，引腳PA4或者PA5在之前應當設置成模擬輸入(AIN)。

1.3 DAC功能描述

• 使能DAC通道

將DAC_CTL 寄存器中的 DENx 位置 ’1’ 即可打開對DAC通道x 的供電。經過一段啟動時間tWAKEUP，DAC通道x 即被使能。

注意：DENx位只會使能DAC通道x的模擬部分，即便該位被置’0’，DAC通道x的數字部分仍然工作。

• __使能DAC輸出緩存 __

DAC集成了2個輸出緩存，可以用來減少輸出阻抗，無需外部運放即可直接驅動外部負載。每個DAC通道輸出緩存可以通過設置 DAC_CTL 寄存器的 DBOFFx 位來開啟或者關閉緩沖區。

• __DAC輸出電壓 __

數字輸入經過DAC被線性地轉換為模擬電壓輸出，其范圍為0到VREF+。任一DAC通道引腳上的輸出電壓滿足下面的關系：

DAC輸出 = VREF x (DAC_DO / 4096)

【注】官方手冊有問題的，這里應該是4096

• DAC數據格式

根據選擇的配置模式，數據按照下文所述寫入指定的寄存器：

●8位數據右對齊：用戶須將數據寫入寄存器DACx_R8DH [7:0]位

●12位數據左對齊：用戶須將數據寫入寄存器DACx_L12DH[15:4]位

●12位數據右對齊：用戶須將數據寫入寄存器DACx_R12DH[11:0]位

經過相應的移位后，寫入的數據被轉存到DACx_DH寄存器中。隨后，DACx_DH寄存器的內容或被自動地傳送到DACx_DO寄存器，或通過軟件觸發或外部事件觸發被傳送到DACx_DO寄存器。

• DAC轉換

如果使能了外部觸發（通過設置 DAC_CTL 寄存器的 DTENx 位），根據已經選擇的觸發事件，DAC 保持數據（DACx_DH）會被轉移到 DAC 數據輸出寄存器（DACx_DO）。否則，在外部觸發沒有使能的情況下， DAC 保持數據（DACx_DH）會被自動轉移到 DAC 數據輸出寄存器（DACx_DO）。

當 DAC 保持數據（DACx_DH）加載到 DACx_DO 寄存器時，經過 tSETTLING 時間之后，模擬輸出變得有效， tSETTLING 的值與電源電壓和模擬輸出負載有關。

• 選擇DAC觸發

通過設置 DAC_CTL 寄存器中 DTENx 位來使能 DAC 外部觸發。觸發源可以通過 DAC_CTL寄存器中 DTSELx 位來進行選擇。

TIMERx_TRGO 信號是由定時器生成的，而軟件觸發是通過設置 DAC_SWT 寄存器的 SWTRx位生成的。

2 DAC寄存器描述

我們介紹一下要實現 DAC 輸出，需要用到的一些寄存器。首先是 DAC控制寄存器DAC_CTL，該寄存器的各位描述如下圖所示。

DAC_CTL的低 16 位用于控制通道0，而高 16 位用于控制通道 1，我們這里僅列出比較重要的最低 8 位的詳細描述。

首先，我們來看 DAC 通道0使能位(DEN0)，該位用來控制 DAC 通道 0使能的，本章我們就是用的 DAC 通道 0，所以該位設置為 1。

再看關閉 DAC 通道 0輸出緩存控制位（DBOFF0），這里 GD32 的 DAC 輸出緩存做的有些不好，如果使能的話，雖然輸出能力強一點，但是輸出沒法到 0，這是個很嚴重的問題。所以本章我們不使用輸出緩存。即設置該位為 1。DAC 通道0觸發使能位（DTEN0），該位用來控制是否使用觸發，里我們不使用觸發，所以設置該位為 0。DAC 通道 0觸發選擇位（DTSEL0 [2:0]），這里我們沒用到外部觸發，所以設置這幾個位為 0就行了。DAC 通道 0噪聲/三角波生成使能位（DWM0 [1:0]），這里我們同樣沒用到波形發生器，故也設置為 0 即可。DAC 通道0噪聲波位寬（DWBW0 [3:0]），這些位僅在使用了波形發生器的時候有用，本章沒有用到波形發生器，故設置為 0 就可以了。

最后是 DAC 通道0 DMA 使能位（DDMAEN0）。

在 DAC_CTL設置好之后， DAC 就可以正常工作了， 我們僅需要再設置 DAC 的數據保持寄存器的值，就可以在 DAC 輸出通道得到你想要的電壓了（對應 IO 口設置為模擬輸入）。假設我們用的是 DAC 通道 0的 12 位右對齊數據保持寄存器：DAC0_R12DH，該寄存器各位描述如下圖所示。

該寄存器用來設置 DAC 輸出，通過寫入 12 位數據到該寄存器，就可以在 DAC 輸出通道0得到我們所要的結果。

3 DAC應用代碼實現

3.1 DAC普通方式輸出

本章我們將使用庫函數的方法來設置 DAC 模塊的通道0來輸出模擬電壓，其詳細設置步驟如下：

1）開啟 PA 口時鐘，設置 PA4為模擬輸入。

GD32F207的 DAC 通道0在 PA4上，所以，我們先要使能PA4的時鐘， 然后設置 PA4為模擬輸入。 DAC 本身是輸出，但是為什么端口要設置為模擬輸入模式呢？因為一但使能 DACx 通道后，相應的 GPIO 引腳（PA4 或者 PA5）會自動與 DAC 的模擬輸出相連，設置為輸入，是為了避免額外的干擾 。

使能 GPIOA 時鐘：

rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);

設置 PA5為模擬輸入只需要設置初始化參數即可：

gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AIN, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5);

2）使能 DAC時鐘。

同其他外設一樣，要想使用，必須先開啟相應的時鐘。DAC 模塊時鐘是由 APB1提供的。

rcu_periph_clock_enable(RCU_DAC); //使能 DAC 通道時鐘

3）初始化 DAC,設置 DAC 的工作模式。

該部分設置全部通過 DAC_CR 設置實現，包括：DAC 通道 使能、 DAC 通道輸出緩存關閉、不使用觸發、不使用波形發生器等設置。

/* configure the DAC0 */
dac_trigger_disable(DAC0);
dac_wave_mode_config(DAC0, DAC_WAVE_DISABLE);
dac_output_buffer_enable(DAC0);

dac_trigger_disable()函數用來關閉觸發功能。

dac_wave_mode_config()設置是否使用波形發生，這里我們前面同樣講解過不使用。所以值為 DAC_WAVE_DISABLE。

dac_output_buffer_enable用于緩存的配置，如果不使用輸出緩存，因此使用dac_output_buffer_enable()關閉緩存。

4）使能 DAC 轉換通道

初始化 DAC 之后，理所當然要使能 DAC 轉換通道，庫函數方法是：

dac_enable(DAC0); //使能 DAC0

5）設置 DAC 的輸出值。

通過前面 4 個步驟的設置， DAC 就可以開始工作了，我們使用 12 位右對齊數據格式，所以我們通過設置 DAC0_R12DH，就可以在 DAC 輸出引腳（PA4）得到不同的電壓值了。 庫函數的函數是：

dac_data_set(DAC0, DAC_ALIGN_12B_R, 0);

第二個參數設置對齊方式，可以為 12 位右對齊DAC_ALIGN_12B_R， 12 位左對齊DAC_ALIGN_12B_L 以及 8 位右對齊 DAC_ALIGN_8B_R方式。

第三個參數就是 DAC 的輸入值了，這個很好理解，初始化設置為 0。這里，還可以讀出 DAC 的數值，函數是：

dac_output_value_get (DAC0);

因此DAC0的整體配置如下：

/*
    brief      Configure the DAC peripheral
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
void dac_config(void)
{
    /* DAC GPIO configuration */
    dac_gpio_config();

    /* enable the clock of DAC */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_DAC);

    /* configure the DAC0 */
    dac_trigger_disable(DAC0);
    dac_wave_mode_config(DAC0, DAC_WAVE_DISABLE);
    dac_output_buffer_enable(DAC0);

    /* enable DAC0 and set data */
    dac_enable(DAC0);
}

主函數如下：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    uint8_t i=0;
    uint16_t da=0;

    //systick init
    sysTick_init();

    //usart init 115200 8-N-1
    com_init(COM1);

    /*DAC初始化*/
    dac_config();//調用DAC配置

    while(1)
    {
        da=0;
        
        for(i=0;i<=10;i++)
        {
            da=i*400;

            dac_data_set(DAC0, DAC_ALIGN_12B_R, da);

            printf("da=%f v\\r\\n",3.3*((float)da/4096));

            //printf("%3.2f\\r\\n",3.3*((float)da/4096));

            delay_ms(1000);
        }
    }
}

這代碼很簡單，首先是對串口等進行初始化，接下來就是循環設置電壓并輸出。

如果想要使用軟件觸發，則需要將DAC配置為DAC_TRIGGER_SOFTWARE。

dac_trigger_source_config(DAC0, DAC_TRIGGER_SOFTWARE);
dac_trigger_enable(DAC0);

然后在主函數中需要進行軟件觸發。

dac_software_trigger_enable(DAC0);

3.2 DAC正弦波輸出實現

本章我們還要通過DAC實現正弦波輸出，那么就需要找到正弦波的曲線散點，其計算方式如下所示：

原系統時鐘周期：T_Systick=1/120M（單位：秒）

因為定時時鐘預分頻：Prescaler=0

所以定時時鐘周期：T_TIMER=T_Systick*(Prescaler+1)=1/120M（單位：秒）

因為設置的定時更新周期：Period=19

所以定時器更新周期：T_update=T_TIMER*(Period+1)=20/120M

而DAC數據更新率等于定時器更新速率：即DAC的數據更新周期為：

DAC_update=T_update=20/120M

本實驗有32個數據點，則正弦波的周期為：

T_sin=DAC_update*點數=640/120M

最后求的正弦波的頻率為：

f_sin=1/T_sin=187500Hz

因此正弦波的頻率為：

f_sin=1/T_Systick/(Prescaler+1)/(Period+1)/點數

其波形數據如下：

const uint16_t Sine12bit[32] = {
    2448,2832,3186,3496,3751,3940,4057,4095,4057,3940,
    3751,3496,3186,2832,2448,2048,1648,1264,910,600,345,
    156,39,0,39,156,345,600,910,1264,1648,2048
};

接下來看看主函數。

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    //systick init
    sysTick_init();

    //usart init 115200 8-N-1
    com_init(COM1);

    /*DAC初始化*/
    dac_mode_init();

    while(1)
    {
        delay_ms(1000);
    }
}

主函數很簡單，那我們進入DAC_Mode_Init()看看吧。

/*
    brief      Configure the DAC mode
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
void dac_mode_init(void)
{
    // dac 配置
    dac_config();

    //DMA配置
    dma_config();

    // TIMER配置并啟動
    timer_config();
}

dac_mode_init()函數初始化了DAC、DMA和TIMER，啟動定時器，利用定時器的觸發DAC數據更新。

完整配置代碼如下：

/*
    brief      Configure the GPIO peripheral
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
static void dac_gpio_config(void)
{
    /* enable the clock of GPIO */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);

    /* config the GPIO as analog mode */
    gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AIN, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_4);
}

/*
    brief      Configure the DAC peripheral
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
static void dac_config(void)
{
    /* DAC GPIO configuration */
    dac_gpio_config();

    /* enable the clock of DAC */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_DAC);

    dac_wave_mode_config(DAC0, DAC_WAVE_DISABLE);
    dac_output_buffer_disable(DAC0);
    /* configure the DAC0 */
    dac_trigger_source_config(DAC0, DAC_TRIGGER_T1_TRGO);

    /* DAC的DMA功能使能 */
    dac_dma_enable(DAC0);

    dac_trigger_enable(DAC0);
    /* enable DAC0 and set data */
    dac_enable(DAC0);
}

/*
    brief      configure the DMA peripheral
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
  */
static void dma_config(void)
{
    dma_parameter_struct dma_init_struct;

    /* enable DMA CLK */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA1);

    /* deinitialize DMA1 channel2 */
    dma_deinit(DMA1, DMA_CH2);

    dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;/* 存儲器到外設方向 */
    dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)Sine12bit; /* 存儲器基地址 */
    dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
    dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_16BIT;
    dma_init_struct.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
    dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_16BIT;
    //dma_init_struct.periph_addr = ((uint32_t)(DAC0_R12DH_ADDRESS));  /* 外設基地址 */
    dma_init_struct.periph_addr = ((uint32_t)(&DAC0_R12DH));
    dma_init_struct.number = 32;  /* 傳輸數據個數 */
    dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;
    dma_init(DMA1, DMA_CH2, &dma_init_struct);

    /* configure DMA mode 存儲器到存儲器DMA傳輸禁能*/
    dma_memory_to_memory_disable(DMA1, DMA_CH2);

    //DMA循環模式開啟
    dma_circulation_enable(DMA1, DMA_CH2);
    dma_channel_enable(DMA1, DMA_CH2);
}

/*
    brief      configure the TIMER peripheral
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
  */
static void timer_config(void)
{
    timer_parameter_struct timer_initpara;

    //Enable TIMER clock
    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);

    timer_deinit(TIMER1);

    /* TIMER configuration */
    timer_initpara.prescaler         = 0;
    timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
    timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
    timer_initpara.period            = 19;
    timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
    timer_init(TIMER1, &timer_initpara);

    //定時器主輸出觸發源選擇
    timer_master_output_trigger_source_select(TIMER1,TIMER_TRI_OUT_SRC_UPDATE);

    //定時器更新事件使能
    timer_update_event_enable(TIMER1);

    /* TIMER enable */
    timer_enable(TIMER1);
}

當然也可使用TIMER中斷來更新數據，從而也可實現正弦波，但是會消耗CPU資源，建議使用筆者給出的方式。

4 實驗現象

4.1 DAC普通方式輸出

將程序編譯好后下載到板子中，通過串口助手可以看到在接收區有電壓值輸出。這個和ADC輸入不同，我們使用DAC的目的是通過板子得到相應的模擬電壓值，看到串口的輸出值只是我們的調試手段，要想確認實驗是否成功，是需要通過電壓表測量PA4的電壓值是否串口的輸出一致。我們設置的步進是400，因此電壓值也是在以400*3.3/4096的電壓步進。

當然啦，還需要萬用表測量引腳電壓即可。你可以使用一個固定值，或者延時更長這樣便于測量。為了更好的測量，筆者將轉換電壓設置為固定值，因此在循環體的前面加了一句話。

da = 2048;

接下來看看實驗結果：

當然也可以使用萬用表測量實際電壓。

4.2 DAC正弦波輸出

將程序編譯好后下載到板子中，通過示波器可看到波形輸出。

這里測量出的正弦波的頻率是187.42kHz，和計算結果相符。