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本文基于STM32系列微控制器的DAC（數字模擬轉換器）模塊，系統講解其原理、配置方法、數據輸出模式及實戰應用。內容涵蓋DAC功能框圖、寄存器配置、波形生成原理、HAL庫函數使用，并提供完整的代碼示例和設計思路，幫助初學者快速掌握DAC開發技巧。

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一、DAC基礎原理

1.1 DAC的作用與特性

DAC（Digital to Analog Converter）是將數字信號轉換為模擬電壓的核心外設，廣泛應用于音頻輸出、電機控制、傳感器驅動等場景。STM32的DAC模塊具備以下特性[1]：

• 雙通道獨立輸出：支持通道1（PA4）和通道2（PA5）。
• 高分辨率：12位模式下可輸出4096級電壓（0~3.3V）。
• 多觸發模式：支持軟件觸發、定時器觸發及外部事件觸發。
• 波形生成功能：可輸出噪聲波、三角波，結合DMA可實現復雜波形（如正弦波）。

1.2 DAC功能框圖解析

STM32的DAC模塊核心由以下部分組成：

1. 參考電壓源（VREF+）：決定輸出電壓范圍（通常接3.3V）。
2. 數據寄存器（DHRx/DORx）：DHRx為數據保持寄存器，DORx為輸出寄存器，數據通過觸發事件從DHRx轉移到DORx。
3. 觸發邏輯：控制數據轉換時機，支持定時器、外部中斷等觸發源。
4. 輸出緩沖器：降低輸出阻抗，但可能引入電壓偏移（需根據負載選擇是否啟用）。

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二、DAC配置步驟

2.1 硬件配置

1. 引腳初始化：將PA4/PA5配置為模擬輸入模式（AIN），避免干擾。

   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4;
   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
   HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
   

2. 時鐘使能：開啟DAC和GPIO時鐘。

   __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE();
   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
   

2.2 初始化結構體詳解

通過DAC_HandleTypeDef配置DAC工作模式：

DAC_HandleTypeDef hdac;
hdac.Instance = DAC1;DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T2_TRGO,  // 定時器2觸發.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_DISABLE, // 禁用輸出緩沖.DAC_OutputSwitch = DAC_OUTPUTSWITCH_ENABLE
};
HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1);

關鍵參數說明：

• 觸發模式：DAC_TRIGGER_NONE（自動觸發）或外部觸發（如定時器）。
• 數據對齊：12位右對齊（DAC_ALIGN_12B_R）適用于常規電壓輸出。
• 輸出緩沖：禁用緩沖可輸出0V，但驅動能力較弱。

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三、DAC數據輸出與波形生成

3.1 數據格式與電壓計算

輸出電壓公式：

例如，12位模式下設置值為2048時，輸出電壓為1.65V。

3.2 正弦波生成實戰

3.2.1 生成正弦波數組

#define SAMPLES 256 // 采樣點數
uint16_t sin_wave[SAMPLES];for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {sin_wave[i] = (uint16_t)(2047 * sin(2 * 3.1415926 * i / SAMPLES) + 2048);
}

3.2.2 配置DMA傳輸

HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t*)sin_wave, SAMPLES, DAC_ALIGN_12B_R);

3.2.3 定時器觸發配置

TIM_HandleTypeDef htim2;
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 0;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = SystemCoreClock / (SAMPLES * 1000); // 生成1kHz正弦波
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);

頻率公式：

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四、常見問題與優化建議

4.1 典型問題

1. 無法輸出0V：檢查輸出緩沖是否禁用（DAC_OutputBuffer設為DISABLE）。
2. 波形畸變：確保DMA傳輸速率與觸發頻率匹配，避免數據覆蓋。
3. 噪聲干擾：在DAC輸出端并聯0.1μF電容濾除高頻噪聲。

4.2 擴展應用

• PWM DAC：通過PWM波+RC濾波器實現低成本多通道DAC（精度較低）。
• 雙通道同步：使用DAC_DHR12RD寄存器同時更新兩個通道數據。

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五、總結

本文從STM32的DAC基礎原理出發，詳細講解了配置方法、數據輸出模式及實戰應用，覆蓋了從寄存器操作到HAL庫函數調用的全流程。通過結合DMA和定時器，開發者可實現高精度波形輸出，滿足工業控制、音頻處理等場景需求。

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參考代碼與資料：

• STM32F1 DAC開發手冊 )
• HAL庫DAC配置示例
• 正弦波生成原理