M-Arch（番外9）GD32L233评测-DAC波形发生器（三角波，方波，正弦波，任意波）

前言

架构做得好，高产似母猪。

开工第一天，弄完ADC，接着弄DAC。

什么是DAC？

前面我们讲过了ADC是把模拟量转成数字量，那么DAC就是反过来，即把数字量转成模拟量。

DAC一般需要配置的内容包括：

IO配置（时钟，模拟输入）
DAC参数配置（触发源，附加噪声？，数据宽度）
中断和DMA（使能）配置

DAC的配置比较简单，GD32L233跟GD32F450几乎一样：

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void dac1_init(void)
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_DAC);

    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_4);

    dac_deinit();

    /* software trigger */
    dac_trigger_enable();
    dac_trigger_source_config(DAC_TRIGGER_SOFTWARE);

    /* no noise wave */
    dac_wave_mode_config(DAC_WAVE_DISABLE);

    /* noise wave - triangle */
    //dac_wave_mode_config(DAC_WAVE_MODE_TRIANGLE);
    //dac_triangle_noise_config(DAC_TRIANGLE_AMPLITUDE_4095);
    /* noise wave - lfsr */
    //dac_wave_mode_config(DAC_WAVE_MODE_LFSR);
    //dac_lfsr_noise_config(DAC_LFSR_BITS11_0);
    
    dac_output_buffer_enable();
    
    /* enable DAC and set data */
    dac_enable();
    dac_software_trigger_enable();
    dac_data_set(DAC_ALIGN_12B_R, 0);
}

DAC波形发生器

如何通过DAC产生任意频率的周期性波形？

对于一个周期性波形，实际上它是一个时间的函数，即：y=f(t)

抽象一把，我们要解决2个问题：

x轴时间如何采样？
y轴数据如何计算？

数学推导 - x轴

假设频率为f，周期为T（T=1/f）,采样点数为M：

那么△t = T/M，当给定频率f时，M=1/(△t*f)

在软件逻辑中，△t是定时器周期，为已知变量。

【注：请复习下奈奎斯特定理】

数学推导 - y轴方波

如下数学推导中，MAX为幅值。

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y = 0 if p < M/2 else MAX

1HZ方波

数学推导 - y轴三角波

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y = p*MAX/(M/2) if p < M/2 else (M-p)*MAX/(M/2)

1HZ三角波

数学推导 - y轴正弦波

正弦波可以用数学库中的sin函数来计算，但是比较费事，可以通过角度查表的方式来计算。

另外，由于sin函数包含负值，需要将数据向上平移到正值( 1)。

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rad = 360*p/M
y = (sin_table(rad)   1) * MAX/2

0-90°的sin函数表如下所示：

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const float sinus_I_quarter[91] =
{
    0.0000, 0.0175, 0.0349, 0.0523, 0.0698, 0.0872, 0.1045, 0.1219, 0.1392, 0.1564, // 00 .. 09
    0.1736, 0.1908, 0.2079, 0.2250, 0.2419, 0.2588, 0.2756, 0.2924, 0.3090, 0.3256, // 10 .. 19
    0.3420, 0.3584, 0.3746, 0.3907, 0.4067, 0.4226, 0.4384, 0.4540, 0.4695, 0.4848, // 20 .. 29
    0.5000, 0.5150, 0.5299, 0.5446, 0.5592, 0.5736, 0.5878, 0.6018, 0.6157, 0.6293, // 30 .. 39
    0.6428, 0.6561, 0.6691, 0.6820, 0.6947, 0.7071, 0.7193, 0.7314, 0.7431, 0.7547, // 40 .. 49
    0.7660, 0.7771, 0.7880, 0.7986, 0.8090, 0.8192, 0.8290, 0.8387, 0.8480, 0.8572, // 50 .. 59
    0.8660, 0.8746, 0.8829, 0.8910, 0.8988, 0.9063, 0.9135, 0.9205, 0.9272, 0.9336, // 60 .. 69
    0.9397, 0.9455, 0.9511, 0.9563, 0.9613, 0.9659, 0.9703, 0.9744, 0.9781, 0.9816, // 70 .. 79
    0.9848, 0.9877, 0.9903, 0.9925, 0.9945, 0.9962, 0.9976, 0.9986, 0.9994, 0.9998, // 80 .. 89
    1.0000                                                                          // 90
};

由于sin函数的对称性，91°~360°可以通过数学公式推导得到：

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#define CIRCLE_QUARTER_1        1
#define CIRCLE_QUARTER_2        2
#define CIRCLE_QUARTER_3        3
#define CIRCLE_QUARTER_4        4

float sinus_lookup (unsigned int angle)
{
    float sin_value;
    unsigned int circle_quarter;

    // correct angles outside the accepted angle range into 0 .. 359
    if (angle > 359u)
        angle = angle % 360u;

    circle_quarter = 1   (angle / 90u);

    switch (circle_quarter)
    {
        case CIRCLE_QUARTER_1: // 00 .. 89
            sin_value = sinus_I_quarter[angle];
            break;

        case CIRCLE_QUARTER_2: // 90 .. 179
            sin_value = sinus_I_quarter[180 - angle];
            break;

        case CIRCLE_QUARTER_3: // 180 .. 269
            sin_value = -sinus_I_quarter[angle - 180];
            break;

        case CIRCLE_QUARTER_4: // 270 .. 359
            sin_value = -sinus_I_quarter[360 - angle];
            break;
    }

    return sin_value;
}

1HZ正弦波

100HZ正弦波

程序设计

波形程序

我们通过一个0.1ms的定时器作为△t，在定时中断函数中执行绘图函数。

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void plot_sin(uint32_t f, uint32_t delta_f)
{
    /* 定时周期为T=1/delta_f， f=1/(pMax*T) */
    static uint32_t point = 0;
    uint32_t pMAX = delta_f/f;
    uint32_t value = 0;
    
    if (point   > pMAX) point = 0;    
    value = (uint32_t)((sinus_lookup(360*point/pMAX) 1)*10000)*2047/10000;
    
    dac_software_trigger_enable(DAC0);
    dac_data_set(DAC0, DAC_ALIGN_12B_R, value);
}

void plot_triangle(uint32_t f, uint32_t delta_f)
{
    /* 定时周期为T=1/delta_f， f=1/(pMax*T) */
    static uint32_t point = 0;
    uint32_t pMAX = delta_f/f;
    uint32_t pMAX2 = pMAX/2;
    uint32_t value = 0;
    
    if (  point > pMAX) point = 0;

    if (point < pMAX2)
    {
        value = point * 4095 / pMAX2;
    }
    else
    {
        value = (pMAX - point) * 4095 / pMAX2;
    }

    dac_software_trigger_enable(DAC0);
    dac_data_set(DAC0, DAC_ALIGN_12B_R, value);
}

void plot_square(uint32_t f, uint32_t delta_f)
{
    /* 定时周期为T=1/delta_f， f=1/(pMax*T) */
    static uint32_t point = 0;
    uint32_t pMAX = delta_f/f;
    uint32_t pMAX2 = pMAX/2;
    uint32_t value = 0;
    
    if (  point > pMAX) point = 0;

    if (point < pMAX2)
    {
        value = 0;
    }
    else
    {
        value = 0xFFF;
    }

    dac_software_trigger_enable(DAC0);
    dac_data_set(DAC0, DAC_ALIGN_12B_R, value);
}

GD32的定时器配置和中断：

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void timer3_init(void)
{
    timer_deinit(TIMER2);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);
#ifdef DAC_WAVE_TEST
    timerx_init(TIMER2, 639, 9);  // 100KHz 0.1ms
#endif
    timer_interrupt_enable(TIMER2, TIMER_INT_UP);
    nvic_irq_enable(TIMER2_IRQn, 3);
}

代码语言：javascript复制

void TIMER2_IRQHandler(void)
{
#ifdef DAC_WAVE_TEST
    //plot_sin(100, 10000);
    plot_triangle(1, 10000);
    //plot_square(1, 10000);
#endif
    timer_interrupt_flag_clear(TIMER2, TIMER_INT_FLAG_UP);
}