我在百科荣创企业实践——简易函数信号发生器（3）

        对于高职教师来说，必不可少的一个任务就是参加企业实践。这个暑假，本人也没闲着，报名参加了上海市电子信息类教师企业实践。7月8日到13日，有幸来到美丽的泉城济南，远离了上海的酷暑，走进了百科荣创科技发展有限公司。在这短短的一周时间里，我结合自己的教学经验和企业的需求，对一个简易函数信号发生器的嵌入式项目做了教学内容的转换。接下来，就用博客的形式，把这次转换后的成果分享出来，如果您觉得有用，还望多多点赞和转发！

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        针对本项目，笔者根据自己的理解，力求做到循序渐进和逐步深入，计划用6篇文章来展开，本文是第三篇，我们使用定时器来触发DAC，来产生三角波。

四、DAC输出三角波

        接下来，我们让开发板输出三角波，用的是DAC自带的三角波输出功能，并使用 TIM4_TRGO 作为触发源。同时，可以通过按键S3和S4来调整幅值和频率。实验效果见文末的演示视频。

4.1 DAC与定时器的结合

        我们使用DAC来输出波形，那就需要每隔一段时间触发一次DAC，依次输出波形上的每个电压点。看到“每隔一段时间”这个需求，自然而然就联想到定时器。事实上，DAC的触发源也确实是这么设计的。在STM32F407中，TIM2/4/5/6/7的更新事件（U）可以被映射到触发输出TRGO的位置，然后TRGO直接接到DAC的触发转换引脚上，手册中通用定时器的功能框图说明了这一点（图7所示）。整个过程不需要软件的参与，不需要CPU频繁进入中断，实现硬件自动化。

4.2 工程文件清单

        如图8所示，我们在上一篇“DAC基本输出”的工程上，新增了定时器驱动文件 timer4.c 和 timer4.h，同时修改了 dac.c 和 dac.h 里的部分代码，最后修改了 main.c 文件里的控制逻辑。

4.3 工程代码剖析

（1）dac.c源码修改

        如代码清单6所示，我们修改了该文件中的 DAC1_Init() 函数，将DAC的触发源改成了TIM4、使用了三角波发生器、并将振幅设为最大值。

（2）dac.h源码补充

        考虑到需要调整三角波的振幅，就在 dac.h 文件中补充了一个带参数的宏，如代码清单7所示。这里是通过直接操作寄存器来实现的，查阅STM32F4用户手册的12.5.1小节，如图9所示，可以发现修改 DAC->CR 寄存器的[11:8]这4位，就可以调整三角波的振幅了。4095代表最大值3.3V，2047代表1.65V，以此类推。

（3）timer.h源码剖析

        该文件比较简单，如代码清单8所示，就是一个针对TIM4的初始化函数声明，另外将TIM4所属的APB1总线时钟（84MHz）以宏的形式定义了一下，后续可能用上。

//---------------------------------------------------
// 代码清单8：timer.h
//---------------------------------------------------
 
#ifndef _TIMER4_H
#define _TIMER4_H
 
#include "stm32f4xx.h"
 
//---------------------------------------------------
// 必要的宏定义
//---------------------------------------------------
#define  TIM_APB1  84000000		//定时器上APB1总线时钟
 
//---------------------------------------------------
// 函数声明
//---------------------------------------------------
void TIM4_Init(uint16_t arr, uint16_t psc);
 
#endif

（4）timer4.c源码剖析

        TIM4的初始化属于常规操作，如代码清单9所示，只需要做好时基初始化即可。另外，不要忘了打开TIM4的更新事件作为外部触发。

/**
 ************************************************************************
 * 代码清单9：timer4.c
 * 描    述：TIM4初始化
 * 平    台：百科荣创STM32F407核心板
 * 作    者：老耿
 * 日    期：2024-7-10
 * 固 件 库：ST3.5.0
 * 版    本：V1.0
 * 说    明：
 * 修改记录：无
 ************************************************************************
**/
 
#include "stm32f4xx.h"
#include "timer4.h"
 
/**
 ***************************************************************
 * 函 数 名：TIM4_Init
 * 功    能：TIM4时基初始化，启动Update中断
 * 入口参数：arr --- 自动重装值
 *			 psc --- 时钟预分频数
 * 出口参数：无
 * 说    明：定时器溢出时间计算方法：Tout=((arr+1)*(psc+1))/ft us
 *			 ft为定时器工作频率，单位MHz
 *			 需要选择TRGO作为触发源为定时器更新时间
 ***************************************************************
**/
void TIM4_Init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
	//定义必要的初始化结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef timebase_initstruct;
	
	//使能TIM4外设时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
	
    //时基初始化
	timebase_initstruct.TIM_Period = arr - 1;
	timebase_initstruct.TIM_Prescaler = psc - 1;
	timebase_initstruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	timebase_initstruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; 
	TIM_TimeBaseInit(TIM4, &timebase_initstruct);
	
	//选择TIM4的更新事件作为触发输出（TRGO）
	TIM_SelectOutputTrigger(TIM4, TIM_TRGOSource_Update);
	
	//使能TIM4
	TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}

（5）main.c源码剖析

        主程序的逻辑还是比较简单的，如代码清单10所示，完成必要的初始化后，若检测到按键按下，就对振幅进行修改。这里，重点是对三角波频率做一个说明。

        这里我们将定时器的更新时间设置为2us，那么完成三角波上升沿就需要用掉 4096*2us，下降沿亦是如此，因此三角波的初始频率为 1/(2*4096*2us)≈61Hz。如振幅改为2047，定时器更新时间不变，三角波频率则为122Hz，其他情况以此类推。根据上述关系，大家可以根据自己的需要来调整三角波的振幅和频率。

/******************************************************
 * 代码清单10：main.c
 * 项    目：DAC输出三角波
 * 任务描述：使用DAC通道1输出三角波，TIM4作为触发源。
 *			 此外，还可以通过按键对三角波振幅进行设置。
 * 实验平台：百科荣创STM32F407开发板
 * 作    者：老耿
 * 日    期：2024/07/10
 ******************************************************/
 
//------------------------------------------------------
// 必要的头文件
//------------------------------------------------------
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "dac.h"
#include "key.h"
#include "timer4.h"
 
//------------------------------------------------------
// 主函数
//------------------------------------------------------
int main(void)
{	 
	uint8_t key;		//存放键值
	uint8_t ampx = 11;	//存放振幅，初值最大
	
	//设置系统中断优先级分组2
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	Delay_Init();		//延时初始化
	Key_Init();			//按键初始化
	TIM4_Init(2, 84);	//TIM4初始化：1us时基，2us周期	
	DAC1_Init();		//DAC通道1初始化
	
	while(1)
	{
		key = Key_Scan(0);
		
		if(key == 4)        //按下S4累加振幅
		{
			if(ampx < 11)
				ampx++;
			TriangleAmplitude(ampx);
		}
		else if(key == 3)   //按下S3减小振幅
		{
			if(ampx > 0)
				ampx--;
			TriangleAmplitude(ampx);
		}
	}		
}

4.4 验证与测试

        使用示波器来测量输出波形，每单击一次S4按键，振幅增加1倍，频率减小1倍。同理，每单击一次S3按键，振幅减小1倍，频率增加1倍。具体效果见文末的演示视频，从中我们可以发现，三角波频率增加到一定程度波形就不稳了，这是因为STM32处理和转换DAC数据也需要花费不少时间，当这个时间与波形本身的周期接近时，自然就不稳了。解决这个问题的方法是采用DMA来搬运DAC数据，而不需要CPU花费大量时间处理DAC数据。我们将在后续的版本来改进，欢迎各位继续关注。

（第三部分完，共六部分）