利用STM32F103完成PWM和DAC的波形输出

• 简介：
• • PWM简介
  • DAC简介
• 一、 用STM32F103输出一路PWM波形
• • (1)实验要求
  • (2)实验过程
  • (3)实验结果
• 二、用STM32F103的DAC功能完成以下波形输出
• • 1、正弦波观察
  • • (1)实验要求
    • (2)实验过程
    • (3)实验结果
  • 2、音频信号输出
  • • (1)实验要求
    • (2)实验过程
    • (3)实验结果
• 三、总结
• 四、参考文献

简介：

PWM简介

• 定义：

PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

• PWM信号输出

（1）可以直接通过芯片内部模块输出PWM信号，前提是这个I/O口要有集成模块，只需要简单几步操作即可，这种自带有PWM输出的功能模块在程序设计更简便，同时数据更精确。如下图，一般的I2C口都会标明这个是否是PWM口

（2）但是如果I2C内部没有PWM功能模块，或者要求不是很高的话可以利用I/O口设置一些参数来输出PWM信号，因为PWM 信号其实就是一高一低的一系列电平组合在一起。具体方法是给I/O加一个定时器，对于你要求输出的PWM信号频率与你的定时器一致，用定时器中断来计数，但是这种方法一般不采用，除非对于精度、频率等要求不是很高可以这样实现。

DAC简介

• STM32上的DAC

数字/模拟转换模块(DAC)是12位数字输入，电压输出的数字/模拟转换器。DAC可以配置为8位 或12位模式，也可以与DMA控制器配合使用。DAC工作在12位模式时，数据可以设置成左对齐或右对齐。DAC模块有2个输出通道，每个通道都有单独的转换器。在双DAC模式下，2个通道可以独立地进行转换，也可以同时进行转换并同步地更新2个通道的输出。DAC可以通过引脚输入参考电压VREF+以获得更精确的转换结果。

• DAC的主要技术指标

1 .分辨率指输出模拟电压的最小增量,即表明DAC输入一个最低有效位(LSB)而在输出端上模拟电压的变化量。
2. 建立时间是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间,也可以认为是转换时间。DA中常用建立时间来描述其速度,而不是AD中常用的转换速率。一般地,电流输出DA建立时间较短,电压输出DA则较长。
3 .精度是指输入端加有最大数值量时,DAC的实际输出值和理论计算值之差,它主要包括非线性误差、比例系统误差、失调误差。
4 .线性度在理想情况下,DAC的数字输入量作等量增加时,其模拟输出电压也应作等量增加,但是实际输出往往有偏离。

一、 用STM32F103输出一路PWM波形

(1)实验要求

• 用STM32F103输出一路PWM波形，建议采用定时器方法
• 用示波器观察输出波形

(2)实验过程

该实验参考正点原子资料A盘：PWM输出实验

• 实验主要代码：

void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
{ 
	if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源 
		{ 
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源 
		LED1=!LED1;
		}
}




//TIM3 PWM部分初始化 
//PWM输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{   
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);	//使能定时器3时钟
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
	
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射 TIM3_CH2->PB5 
 
   //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形 GPIOB.5
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
 
   //初始化TIM3
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
	
	//初始化TIM3 Channel2 PWM模式 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
 	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
	TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2

	TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器
 
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3
	

}

主函数：

int main(void)
 { 		
 	u16 led0pwmval=0;
	u8 dir=1;	
	delay_init();	    	 //延时函数初始化 
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 	 //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
 	LED_Init();			     //LED端口初始化
 	TIM3_PWM_Init(899,0);	 //不分频。PWM频率=72000000/900=80Khz
   	while(1)
	{ 
 		delay_ms(10);	 
		if(dir)led0pwmval++;
		else led0pwmval--;

 		if(led0pwmval>300)dir=0;
		if(led0pwmval==0)dir=1;										 
		TIM_SetCompare2(TIM3,led0pwmval);		   
	}	 
 }

• KEIL仿真的配置
  
  
• 依次点击Run
  
• 点击Stop
  

(3)实验结果

• PWM输出波形如下
  

二、用STM32F103的DAC功能完成以下波形输出

该实验是基于野火资料配套代码DAC—输出正弦波上完成的

1、正弦波观察

(1)实验要求

• 输出一个周期2khz的正弦波（循环）。此波形驱动作用至蜂鸣器或喇叭，会呈现一个“滴…”的单音

(2)实验过程

• 根据公式计算得到一共需要3600个采样点
  
• 用MATLAB打开此脚本，当然你也可以选择用Python
  
• 修改如下代码
  
• 运行脚本，会产生3600个采样点，产生的点会自动保存在dac_sinWave文件中
  
• 将这些采样点复制，然后全部粘贴到KEIL工程里面的uint16_t Sine12bit数组中
  
• 用开发板引脚PA4与示波器相连，观察波形

(3)实验结果

2、音频信号输出

(1)实验要求

• 将一段数字音频歌曲数据转换为模拟音频波形输出（循环）。

(2)实验过程

• 打开Adobe Audition CS6，选择你最喜欢的歌曲并打开
• 截取一段音频不要太长5-10秒足矣
• 在截取的区域右键单击
  
• 进行如下配置

• 配置后保存为WAV文件
  

• 用UltraEdit打开刚刚的.wav文件
  

• 选择范围后复制
  

• 用Notepad打开,复制刚刚所选内容

• 快捷键：ALT+C,添加0x和,
  

• 添加后如下图
  

• 这里要删除尾行无用的0x，这是因为刚刚在选择复制范围不合理的原因照成
  

• 复制上面的数据，粘贴到KEIL工程的uint16_t Sine12bit[]数组中去

• 运行下载程序，将开发板引脚PA4与示波器相连即可观察波形

(3)实验结果

三、总结

在UltraEdit里面选择截图范围的时候要合理选取，我第一次因为选的稍大，导致后面有很多分号，手动去除比较麻烦，毕竟有6000多行。所以可以稍微选择小一点，然后在Notepad里面对列同时操作效率更高。
实验学习了PWM和DAC输出波形的相关知识，了解了各种配置，收获许多，为今后的学习打下良好基础

四、参考文献

[1]PWM简介
[2]STM32PWM输出实验
[3]DAC简介
[4]STM32F103使用TIM DMA DAC实现播放WAV音乐