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STM32理论 —— DAC、DMA_stm32 dac dma

作者：笔触狂放9 | 2024-05-05 17:31:32

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stm32 dac dma

文章目录

1. DAC

1.1 内置DAC

void dac_init()		//DAC初始化
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);  // 使能引脚时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC,ENABLE);  // 使能DAC时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4 ;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;//模拟量输入
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4 );//输出高


    DAC_InitStructure.DAC_Trigger=DAC_Trigger_None;//不使用触发功能
    DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;//不使用三角波
    DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_LFSRUnmask_Bit0;  //屏蔽 幅值设置
    DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable;//关闭缓存

    DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitStructure);//初始化DAC通道1

    DAC_Cmd(DAC_Channel_1,ENABLE);//使能DAC1_1

    DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,0);//12位 右对齐 写0数据，该函数定义于 stm32f10x_dac.c
    // 变量 DAC_Align_12b_R 定义于stm32f10x_dac.h
}

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// 设置输出电压
void Dac1_Set_Vol(double vol)
{
    float temp=vol;
    temp/=1000;
    temp=temp*4096/3.3;
    DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,temp);
}

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1.2 MCP4725

extern u8 IIC_Channel;
u8  MCP4725_Write_flag = 0;
u8  MCP4725_Flag = 0;

/***************************************************************************
** 函数名称   :   MCP4725_Write_DAC_EEPROM
** 功能描述   :  	向DAC芯片MCP4725的EEPROM写入数据
** 输入变量   :   
									IICChanel : IIC通道
									date      ；写入数据，范围为0~65535，对应十六进制0~0xFFFF，对应0到满量程
** 返 回 值   :  	无
** 最后修改人 :   xxx
** 最后更新日期:  20210224
** 说    明   :		无
***************************************************************************/
void MCP4725_Write_DAC_EEPROM(u8 n,u16 date)
{
	u8 temp;
	u8 DeviceAddr; // 芯片设备地址
	u16 t=0;
	// 选择芯片
	if(n==0){DeviceAddr= 0xc0;IIC_Channel=2;} 
	if(n==1){DeviceAddr= 0xc2;IIC_Channel=2;}
	//sprintfU4( " 1 \r\n"); // 调试代码
	do
	{
		IIC_Start();
		//sprintfU4( " 2 \r\n");
		IIC_WRITE_BYTE(DeviceAddr);//写从属地址

		if(IIC_Recelve_Ack()==0) // 第一次写入
		{
			IIC_WRITE_BYTE(0x60);
			if(IIC_Recelve_Ack()==0)
			{
				temp = date/256;
			//sprintfU4( "%d \r\n",temp);
				IIC_WRITE_BYTE(temp);
				//sprintfU4( "%d 1 \r\n",temp);
				if(IIC_Recelve_Ack()==0)
				{
					temp = date%256;
					IIC_WRITE_BYTE(temp);
				//	sprintfU4( "%d \r\n",temp);
					if(IIC_Recelve_Ack()==0) // 第二次写入
					{
						IIC_WRITE_BYTE(0x60);
						if(IIC_Recelve_Ack()==0)
						{
						temp = date/256;
						IIC_WRITE_BYTE(temp);
						//sprintfU4( "%d 3\r\n",temp);
						if(IIC_Recelve_Ack()==0)
						{
							temp = date%256;
							IIC_WRITE_BYTE(temp);
							if(IIC_Recelve_Ack()==0)
							{
							//sprintfU4( "%d 4\r\n",temp);
							MCP4725_Write_flag = 1; // MCP4725_Write_flag 写1，表示数据写入成功
							MCP4725_Flag=0;
							}
							else {MCP4725_Flag = 1;t++;}
						}
						else {MCP4725_Flag = 1;t++;}
					}
					else {MCP4725_Flag = 1;t++;}
				}
			 else {MCP4725_Flag = 1;t++;}
		  }
			else {MCP4725_Flag = 1;t++;}
			}
			else {MCP4725_Flag = 1;t++;}
		}
		else {MCP4725_Flag = 1;t++;}

	}		
while((MCP4725_Flag == 1)&&(t<800));	
	if(t>=800){MCP4725_Write_flag = 0;}	// MCP4725_Write_flag 写0，表示数据写入失败
	IIC_Stop();
	delay_Nus(250);
	delay_Nus(250);
	delay_Nus(250);
	delay_Nus(250);
}




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1.3 可编程信号发生器 - AD9833

芯片共包含5个可编程寄存器：

  1. 1个16位控制寄存器
  2. 2个28位频率寄存器
  3. 2个12位相位寄存器

每次传输的数据以16位的方式加载到AD9833 .

1.3.1 控制寄存器

芯片唯一的16位控制寄存器（CR）描述如下：
在这里插入图片描述

  • DB15、DB14：选择频率、相位寄存器的写入模式，当DB15、DB14都为0时，表示不对频率、相位寄存器进行写操作，详见2.2 频率和相位寄存器
  • DB9、DB4、DB0：保持为0
  • DB13：对每一个频率寄存器都需要进行2次写操作。当B28=1时，每个频率寄存器都作为完整的28位使用，先写低14位，后写高14位，其中前2位说明写入的是哪个频率寄存器，01表示写入的是FREQ0寄存器，10表示写入的是FREQ1寄存器。当B28=0时，每个频率寄存器都作为2个14位寄存器，1个高14位，1个低14位，可相互独立更改，由控制寄存器的DB12（HLB）确定选择写入高14位还是低14位。
  • DB12：当DB13（B28）=1时，此位无效。当DB13（B28）=0时，若HLB=1，则允许选定寄存器的高14位进行写入，若HLB=0，则允许选定寄存器的低14位进行写入。
  • DB11：选择在相位累加器中使用FREQ0寄存器还是FREQ1寄存器，此位为0即FREQ0有效，为1即FREQ1有效。
  • DB10：选择在相位累加器中使用PHASE0 寄存器还是PHASE1 寄存器，此位为0即PHASE0 有效，为1即PHASE1 有效。
  • DB8：当Reset = 1时将内部寄存器重置为0. Reset =0表示禁用复位。在芯片输出8个 MCLK 周期后，复位完成，Reset重新被赋值为0.
  • DB7：当SLEEP1 = 1时，MCLK时钟被禁用，并且DAC输出保持在其当前值。当SLEEP1 = 0时，MCLK被启用。
  • DB6：当SLEEP12 = 1时，关闭芯片DAC。当AD9833用于输出DAC数据的MSB时，这是有用的。当SLEEP12 = 0时，开启芯片DAC .
  • DB5：这个位与位DB1(MODE)配合使用，用于控制VOUT引脚的输出。当OPBITEN = 1时，DAC的输出将不加载到VOUT 引脚，而DAC数据的MSB或MSB/2连接到VOUT引脚作为输出。这作为一个粗略的时钟源很有用。DIV2位控制输出的是MSB还是MSB/2。当OPBITEN = 0时，DAC接入VOUT. 模式位（DB1）决定输出是正弦信号还是三角波信号。
  • DB3：DIV2与DB5 (OPBITEN)配合使用。当DIV2 =1时，DAC数据的MSB直接传递到VOUT引脚作为输出。当DIV2 = 0时，DAC数据的MSB/2在VOUT引脚作为输出。
  • DB1：MODE与 DB5(OPBITEN)配合使用。当片上DAC连接到VOUT时，该位的功能是控制VOUT引脚的输出。如果控制位OPBITEN = 1，则该位应设置为0。否则，当MODE = 1时，SIN ROM被绕过，产生DAC的三角波输出。当MODE = 0时，用SIN ROM将相位信息转换为幅度信息，在输出端产生一个正弦波。

1.3.2 频率和相位寄存器

AD9833包含两个28位频率寄存器和两个12位相位寄存器。

寄存器大小描述
FREQ028 bits频率寄存器，当FSELECT位= 0时，该寄存器将输出频率定义为MCLK频率的一个分数。
FREQ128 bits当FSELECT= 1时，该寄存器将输出频率定义为MCLK频率的一个分数。
PHASE012 bits相位偏移寄存器，当PSELECT= 0时，该寄存器的内容被添加到相位累加器的输出。
PHASE112 bits当PSELECT= 1时，该寄存器的内容被添加到相位累加器的输出。
  • AD9833正弦波输出的计算公式为：
    在这里插入图片描述

其中：

  1. FREQREG为频率控制字，由频率寄存器FREQ0或FREQ1给定，其范围为0<=M<288-1
  2. f_MCLK为芯片MCK引脚上接入的晶振频率
  • AD9833正弦波输出的相位偏移计算公式为：
    在这里插入图片描述

其中：

  1. PHASEREG由相位寄存器PHASE0或PHASE1的给定
  • 写频率寄存器：
    控制寄存器中的D15、D14用于选择要写入的频率寄存器，如下图，当DB15、DB14 = 01时，选择FREQ0进行写入，当DB15、DB14 = 10时，选择FREQ1进行写入.
    在这里插入图片描述
    如果用户想改变频率寄存器的全部内容，必须连续两次写入同一地址，因为频率寄存器是28位宽。第一次写包含14个lsb，第二次写包含14个msb。对于这种操作模式，B28 (D13)控制位应该设置为1 .

下表9举例了一个往FREQ0寄存器写入28 Bits数据的例子：
在这里插入图片描述

  1. 写入0010 0000 0000 0000即0x2000到控制寄存器，表示准备往FREQX寄存器写入数据
  2. 先写入FREQ0寄存器的低14位0100 0000 0000 0000即0x4000，D15、D14 = 01表示写入的频率寄存器为FREQ0.
  3. 后写入FREQ0寄存器的高14位0111 1111 1111 1111即0x7FFF，D15、D14 = 01表示写入的频率寄存器为FREQ0.
  4. 那么写入到FREQ0的数据就是1111 1111 1111 1100 0000 0000 0000即0xFFFC000
  • 独立修改频率寄存器的MSB或LSB：
    有时在某些应用程序中，不需要改变频率寄存器的全部28位。在粗调时，只改变了14个msb，而细调时，只改变了14个lbs。
    通过设置D13 (B28) = 0，将28位频率寄存器作为两个14位寄存器运行，分别是14个msb和14个lsb。这意味着频率字的14个msb和14个lbs可独立修改。
    位D12(HLB)在控制寄存器中标识哪14位正在被改变。

下表10和11举例了一个往FREQ、FREQ1寄存器独立写入14 Bits数据的例子：
在这里插入图片描述
对表10：

  1. 写入0000 0000 0000 0000即0x0000到控制寄存器，表示准备往FREQX寄存器独立写入14位LSB数据
  2. 写入FREQ1寄存器的低14位1011 1111 1111 1111即0xBFFF，D15、D14 = 10表示写入的频率寄存器为FREQ1. 被写入到FREQ1的低14位数据位为0011 1111 1111 1111即0x3FFF.

对表11：

  1. 写入0001 0000 0000 0000即0x1000到控制寄存器，表示准备往FREQX寄存器独立写入14位MSB数据
  2. 写入FREQ0寄存器的低14位0100 0000 1111 1111即0x40FF，D15、D14 = 01表示写入的频率寄存器为FREQ0. 被写入到FREQ1的低14位数据位为0000 0000 1111 1111即0x00FF.
  • 写相位寄存器：
    写入相位寄存器时，控制寄存器中的D15位和D14位设置为11 . D13选择要加载的相位寄存器，如下图，D13 = 0时，加载PHASE0，D13=1时，加载PHASE1 .
    在这里插入图片描述

1.3.3 输出引脚

控制寄存器中的OPBITEN (D5)和MODE(D1)位用于决定AD983的输出。下表15 描述了两个控制寄存器位搭配下的输出波形。
在这里插入图片描述

如：

  1. 将当前VOUT波形设置为三角波，只需向AD9833控制寄存器写入0000 0000 0000 0010即0x0002即可
  2. 将当前VOUT波形设置为正弦波（默认为正弦波），只需向AD9833控制寄存器写入0000 0000 0000 0000即0x0000即可
  3. 将当前VOUT波形设置为当前DAC的MSB直接输出（特定频率的方波），只需向AD9833控制寄存器写入0000 0000 0010 1000即0x0028即可
    将当前VOUT波形设置为当前DAC的MSB/2直接输出（特定频率除以2的方波），只需向AD9833控制寄存器写入0000 0000 0010 0000即0x0020即可

输出正弦波的峰峰值是固定的，约600mV，且正弦波也不是标准的正弦波，波谷不是负电压而是0V，结合 节2.2 频率和相位寄存器 中正弦波输出频率、相位偏移公式，知输出正弦波的公式为：
在这里插入图片描述

其中：

  1. K约为600mV，它与器件内部参考电压有关

1.3.4 核心代码

代码索引：
void AD9833_Init(void)
void AD9833_Write(u16 Data)
void AD9833_Out(u32 Freq_value,u16 Phase_value,u8 cyc_Mhz)
void Delay_AD9833(u32 i)

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// 头文件，根据对应GPIO而定
#define AD9833_NSS(n)	 {if(n==0)GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_2);else GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_2);} // FSYNC
#define AD9833_SCLK(n) {if(n==0)GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);else GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_3);}
#define AD9833_SDTA(n) {if(n==0)GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_0);else GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_0);}

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/***************************************************************************
** 函数名称   :   AD9833_Init
** 功能描述   :  	AD9833芯片初始化
** 输入变量   :   无
** 返 回 值   :  	无
** 最后修改人 :   xxx
** 最后更新日期:  20210525
** 说    明   :		无
***************************************************************************/
void AD9833_Init(void)
{
	/* 配置IO口 代码块 开始   */
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;	
		
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);     //打开GPIO时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3; // PD0 - SDA, PD2 - FSYNC, PD3 - SCLK
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
	/* 配置IO口 代码块 结束   */
    AD9833_Write(0x2100);       //写寄存器，AD9833写1复位
    AD9833_Write(0x4000);       //对频率寄存器0 的LSB进行清零
    AD9833_Write(0x4000);       //对频率寄存器0 的MSB进行清零
    AD9833_Write(0x2900);       //写寄存器，AD9833写1复位


    AD9833_Write(0x8000);       //对频率寄存器1 的LSB进行清零
    AD9833_Write(0x8000);       //对频率寄存器1 的MSB进行清零
    AD9833_Write(0xD000);       //对相位寄存器0 进行清零，16位
    AD9833_Write(0xF000);       //对相位寄存器1 进行清零，16位

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/***************************************************************************
** 函数名称   :   AD9833_Write
** 功能描述   :  	向AD9833写入16位数据
** 输入变量   :   Data：16位数据
** 返 回 值   :  	无
** 最后修改人 :   xxx
** 最后更新日期:  20210525
** 说    明   :		无
***************************************************************************/
void AD9833_Write(u16 Data)
{
    u8 i;
    AD9833_SCLK(1);
    AD9833_SDTA(1);
    AD9833_NSS(1);
    Delay_AD9833(2);
    AD9833_NSS(0);
    for(i=0; i<16; i++)
    {
        if(Data & 0x8000)
        {
            AD9833_SDTA(1);
        }
        else
        {
            AD9833_SDTA(0);
        }
        AD9833_SCLK(0);
        AD9833_SCLK(1);
        Data = Data<<1;
    }
    AD9833_NSS(1);
    AD9833_SCLK(0);
}

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/***************************************************************************
** 函数名称   :   AD9833_Out
** 功能描述   :  	AD9833输出正弦波波形函数
** 输入变量   :   
									Freq_value：输出波形频率
									Phase_value：输出波形相位
									cyc_Mhz：MCLK引脚晶振频率
** 返 回 值   :  	无
** 最后修改人 :   xxx
** 最后更新日期:  20210525
** 说    明   :		无
***************************************************************************/
void AD9833_Out(u32 Freq_value,u16 Phase_value,u8 cyc_Mhz)
{
    u32 dds;
    u16 dds1,dds2;
    dds = Freq_value * (268.435456/cyc_Mhz); 
    dds1 = dds & 0x3fff;
    dds1 |= 0x4000;
    dds = dds >> 14;
    dds2 = dds & 0x3fff;
    dds2 |= 0x4000;
    AD9833_Write(0x2000);  // 写控制寄存器，进入写频率寄存器模式
    AD9833_Write(dds1); // 写频率寄存器，先写低14位
    AD9833_Write(dds2); // 后写高14位
    AD9833_Write(Phase_value); // 写相位寄存器，0xC000表示无相位偏移
}

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/***************************************************************************
** 函数名称   :   Delay_AD9833
** 功能描述   :  	粗略的延时函数
** 输入变量   :   i：延时时长
** 返 回 值   :  	无
** 最后修改人 :   xxx
** 最后更新日期:  20210525
** 说    明   :		无
***************************************************************************/
void Delay_AD9833(u32 i)
{
    u8 d;
    while(i>0)
    {
        d=6;
        while(d--);
        i--;
    }
}

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1.4 AD5693

extern u8 IIC_Channel;
u8  AD5693_Write_flag = 0;
u8  Write_Flag = 0;
void AD5693_Write_DAC_EEPROM(u8 n,u8 j,u16 date)
{
	
	u8 temp;
	u8 DeviceAddr;
	u8 Command;
	u16 t=0;
	if((n==0)&&(j==0)){DeviceAddr= 0x98;IIC_Channel=2;Command=0x00;}
	//地址编码为0,写命令,无操作
	if((n==0)&&(j==1)){DeviceAddr= 0x98;IIC_Channel=2;Command=0x10;}
	//地址编码为0,写命令,写入输入寄存器
	if((n==0)&&(j==2)){DeviceAddr= 0x98;IIC_Channel=2;Command=0x20;}
	//地址编码为0,写命令,更新	DAC寄存器
	if((n==0)&&(j==3)){DeviceAddr= 0x98;IIC_Channel=2;Command=0x30;}
	//地址编码为0,写命令,写入寄存器和更新DAC寄存器
	if((n==0)&&(j==4)){DeviceAddr= 0x98;IIC_Channel=2;Command=0x40;}
	//地址编码为0,写命令,写入控制寄存器
	if((n==1)&&(j==0)){DeviceAddr= 0x9c;IIC_Channel=2;Command=0x00;}
	//地址编码为1,写命令,无操作
	if((n==1)&&(j==1)){DeviceAddr= 0x9c;IIC_Channel=2;Command=0x10;}
	//地址编码为1,写命令,写入输入寄存器
	if((n==1)&&(j==2)){DeviceAddr= 0x9c;IIC_Channel=2;Command=0x20;}
	//地址编码为1,写命令,更新	DAC寄存器
	if((n==1)&&(j==3)){DeviceAddr= 0x9c;IIC_Channel=2;Command=0x30;}
	//地址编码为1,写命令,写入寄存器和更新DAC寄存器
	if((n==1)&&(j==4)){DeviceAddr= 0x98;IIC_Channel=2;Command=0x40;}
	//地址编码为1,写命令,写入控制寄存器
	//sprintfU4( " 1 \r\n");
	do
	{
		IIC_Start();
		IIC_WRITE_BYTE(DeviceAddr);//写从属地址
		if(IIC_Recelve_Ack()==0)
		{
				IIC_WRITE_BYTE(Command);//命令字节
				if(IIC_Recelve_Ack()==0)
				{
					temp = date/256;
					IIC_WRITE_BYTE(temp);
					if(IIC_Recelve_Ack()==0)
					{
						temp = date%256;
						IIC_WRITE_BYTE(temp);
						if(IIC_Recelve_Ack()==0)
							{
								AD5693_Write_flag = 0;
								Write_Flag = 0;
							}
							else
							{Write_Flag = 1;t++;}
						}
						else {Write_Flag = 1;t++;}
					}
					else {Write_Flag = 1;t++;}
				}
				else {Write_Flag = 1;t++;}
		}
	while((Write_Flag == 1)&&(t<800));	
	if(t>=800){AD5693_Write_flag = 1;}		
	IIC_Stop();
	delay_Nus(250);
	delay_Nus(250);
	delay_Nus(250);
	delay_Nus(250);
}

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1.5 *(Debug)DAC8411

  1. 宏定义与头文件包含
#include <stm32f10x_rcc.h>

// 时钟线定义
#define DAC8411_SCLK_GPIO_CLK  RCC_APB2Periph_GPIOD
#define DAC8411_DIN_GPIO_CLK   RCC_APB2Periph_GPIOD
#define DAC8411_SYNC_GPIO_CLK  RCC_APB2Periph_GPIOB
#define DAC8411_SPI_CLK        RCC_APB2Periph_SPI1

// IO 定义
#define DAC8411_SCLK_GPIO_PORT GPIOD
#define DAC8411_DIN_GPIO_PORT  GPIOD
#define DAC8411_SYNC_GPIO_PORT GPIOB
#define DAC8411_SPI_PERIPH     SPI1

#define DAC8411_SCLK_GPIO_PIN  GPIO_Pin_5
#define DAC8411_DIN_GPIO_PIN   GPIO_Pin_6
#define DAC8411_SYNC_GPIO_PIN  GPIO_Pin_8

#define DAC8411_SPI_CS_LINE    GPIO_Pin_8

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  1. 初始化接口
void DAC8411_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(DAC8411_SCLK_GPIO_CLK | DAC8411_DIN_GPIO_CLK | DAC8411_SYNC_GPIO_CLK, ENABLE);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC8411_SCLK_GPIO_PIN | DAC8411_DIN_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(DAC8411_SCLK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC8411_SYNC_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(DAC8411_SYNC_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

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  1. 初始化SPI
void SPI1_Init(void)
{
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    
    RCC_APB1PeriphClockCmd(DAC8411_SPI_CLK, ENABLE);
    
    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(DAC8411_SPI_PERIPH, &SPI_InitStructure);
    
    SPI_Cmd(DAC8411_SPI_PERIPH, ENABLE);
}

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  1. DAC 输出
void DAC8411_write(uint16_t data)
{
	u8 i;
		
    GPIO_ResetBits(DAC8411_SYNC_GPIO_PORT, DAC8411_SYNC_GPIO_PIN); // 拉低SYNC引脚以启动写操作
	delay_us(40);
	  for(i=0;i<2;i++) // 前2位写0
		{
			GPIO_SetBits(GPIOD,	GPIO_Pin_5); // 设置SPI SCK 为高
			GPIO_ResetBits(GPIOD,		GPIO_Pin_6); // 设置SPI MOSI 为低
			delay_us(10);
			GPIO_ResetBits(GPIOD,	GPIO_Pin_5); // 设置SPI SCK 为低
			delay_us(40);
		}
    SPI_I2S_SendData(DAC8411_SPI_PERIPH, data); // 通过SPI发送16位数据
    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(DAC8411_SPI_PERIPH, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET); // 等待发送完成
    GPIO_SetBits(DAC8411_SYNC_GPIO_PORT, DAC8411_SYNC_GPIO_PIN); // 释放SYNC引脚以结束写操作
}

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2. DMA

⚠下面以STM32F4xx 系列芯片为例，不同芯片DMA 资源会有所不同；

DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问)：DMA 的出现就是为了解决大量数据的传输问题。DMA 是指外部设备不通过CPU而直接与内部存储器(FLASH/SRAM)交换数据的接口技术。这样数据的传送速度就完全取决于存储器和外设的工作速度。大量节省CPU 资源；

2.1 概述、原理解析

2.1.1 功能原理示意图

如下图，数据通过CPU传输的路径为黑线所示，通过DMA传输的路径为红线所示；可见红线上的数据传输并没有经过CPU；
在这里插入图片描述

2.1.2 STM32 DMA 资源(STM32F4xx)

如下图以STM32F4 大容量MCU 为例，其内部集成2个DMA，每个DMA有8个数据流，每个数据流有8个硬件通道(又叫请求)，每个通道有独立的仲裁器，每个通道可以配置外设地址以连接到外设；

仲裁器：用于管理多个DMA 请求的优先级，优先级高的先处理，反之优先级低的等待被处理；
数据流级优先级：同一个DMA 的8个数据流，可通过软件编程配置成4种优先级(非常高、高、中、低)；

在这里插入图片描述

2.1.3 DMA 控制器系统框图

在这里插入图片描述

已知系统总线是由CPU 管理的，当DMA 工作时，希望CPU把总线(AHB)让出来给DMA 控制器管理，因此DMA 控制器必须有以下功能:

  1. 能向CPU 发出系统保持(HOLD)信号，提出总线接管请求；
  2. 当CPU 发出允许接管信号后，接管对总线的控制，进入DMA方式;
  3. 能对存储器寻址、能修改地址指针，实现对内存的读写；
  4. 能决定本次DMA 传送的字节数，判断DMA 传送是否借宿；
  5. 发出DMA结束信号，使CPU 恢复正常工作状态。

由上图可知，DMA 控制器提供两个 AHB 主端口：存储器端口（用于连接存储器）和 外设端口（用于连接外设）。但是，要执行存储器到存储器的传输，外设端口必须也能访问存储器；

  • DMA 支持的内部外设：定时器、ADC、SPI、IIC、USART
  • DMA 所在的时钟总线：AHB1

2.1.4 DMA 控制器系统框图 x2

在上一节中是单个DMA 控制器的框图，以下是两个DMA 控制器(一般STM32有两个DMA)与总线矩阵、外设、存储器组成的DMA 系统框图；

注：下图为STM32F405xx/07xx 和STM32F415xx/17xx 系列芯片DMA 控制器系统框图，具体芯片内部资源可能不一样，以具体芯片规格书为准；

值得注意的是，如下图红框标注地方，相比于DMA2，DMA1的SHB 外设端口并没有连接到总线矩阵，因此它并不能实现外部存储器到内部存储器的数据传输；
在这里插入图片描述

2.2 DMA的数据传输过程

2.2.1 三种数据传输方向、传输需要的条件

三种传输方向：

  1. 外设到存储器
  2. 存储器到外设
  3. 存储器到存储器(内部与外部存储器互传)
    在这里插入图片描述

闪存、SRAM、外设的SRAM、APB1、APB2和AHB外设均可作为访问的源和目标；

2.2.1.1 数据传输需要的三个条件
  1. 数据的源地址（访问源）
  2. 数据传输位置的目标地址（访问目标）
  3. 数据传输量（最大65535位）

在用户配置好上述3个条件后，若有DMA 事件触发，DMA 控制器就会启动数据传输，当剩余传输数据量为0时，即认为达到传输终点，结束DMA 传输；另外，DMA 还有循环传输模式 ，即当到达传输终点时，DMA 控制器会重新启动DMA传输，一直循环；

当发生一个事件后，外设向DMA控制器发送一个请求信号。DMA控制器根据通道的优先级处理请求。当DMA控制器开始访问发出请求的外设时，DMA控制器立即发送给它一个应答信号。当从DMA控制器得到应答信号时，外设立即释放它的请求。一旦外设释放了这个请求，DMA控制器同时撤销应答信号。如果有更多的请求时，外设可以启动下一个周期。总之，每次DMA 数据传输由以下3个操作组成：

  1. 从外设数据寄存器或者从当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址取数据，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx(存储外设基地址)或DMA_CMARx(存储内存基地址)寄存器指定的外设基地址或存储器单元。
  2. 存数据到外设数据寄存器或者当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元。
  3. 执行一次DMA_CNDTRx寄存器的递减操作，该寄存器包含未完成的操作数目。
2.2.2.1 数据源、传输目标和传输模式
  • 数据源和目标在整个4GB 区域（地址在 0x0000 0000 和 0xFFFF FFFF 之间）都可以进行寻址外设和存储器；
  • 传输方向：如下表使用 DMA_SxCR 寄存器中的 DIR[1:0] 位进行配置，2.2.1节讲过，DMA 数据传输有三种传输方向：存储器到外设、外设到存储器、存储器到存储器。
    在这里插入图片描述
2.2.2.2 外设到存储器的数据传输
  1. 将 DMA_SxCR 寄存器中的位 EN 置 1时使能这种传输模式，每次产生外设请求，数据流都会启动数据源到 FIFO 的传输；
  2. 【FIFO 模式】达到 FIFO 的阈值级别时，FIFO 的内容移出并存储到目标中；
  3. 如果 DMA_SxNDTR 寄存器达到零、外设请求传输终止（在使用外设流控制器的情况下）或 DMA_SxCR 寄存器中的 EN 位由软件清零，传输即会停止；
  4. 【直接模式】在直接模式下（当 DMA_SxFCR 寄存器中的 DMDIS 值为0时），不使用 FIFO 的阈值级别控制：每完成一次从外设到 FIFO 的数据传输后，相应的数据立即就会移出并存储到目标中；
  5. 只有赢得了数据流的仲裁后，相应数据流才有权访问 AHB 源或目标端口。系统使用在 DMA_SxCR 寄存器 PL[1:0] 位中为每个数据流定义的优先级执行仲裁；

在这里插入图片描述

2.2.2.3 存储器到外设的数据传输
  1. 将 DMA_SxCR 寄存器中的 EN 位置 1时使能这种传输模式，之后数据流会立即启动传输，从源完全填充 FIFO；
  2. 每次发生外设请求，FIFO 的内容都会移出并存储到目标中。当 FIFO 的级别小于或等于预定义的阈值级别时，将使用存储器中的数据完全重载FIFO；
  3. 如果 DMA_SxNDTR 寄存器达到零、外设请求传输终止（在使用外设流控制器的情况下）或 DMA_SxCR 寄存器中的 EN 位由软件清零，传输即会停止。
  4. 在直接模式下（当 DMA_SxFCR 寄存器中的 DMDIS 值为“0”时），不使用 FIFO 的阈值级别。一旦使能了数据流，DMA 便会预装载第一个数据，将其传输到内部 FIFO。一旦外设请 求数据传输，DMA 便会将预装载的值传输到配置的目标。然后，它会使用要传输的下一个数 据再次重载内部空 FIFO。预装载的数据大小为 DMA_SxCR 寄存器中 PSIZE 位字段的值。
  5. 只有赢得了数据流的仲裁后，相应数据流才有权访问 AHB 源或目标端口。系统使用在 DMA_SxCR 寄存器 PL[1:0] 位中为每个数据流定义的优先级执行仲裁。
    在这里插入图片描述
2.2.2.4 存储器到存储器模式

DMA通道的操作可以在没有外设请求的情况下进行，这种操作就是存储器到存储器模式。当设置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在软件设置了DMA_CCRx寄存器中的EN位启动DMA通道时，DMA传输将马上开始。当DMA_CNDTRx寄存器变为0时，DMA传输结束。存储器到存储器模式不能与循环模式同时使用。

2.2.2 数据传输事件请求与DMA 控制器处理过程

在这里插入图片描述

以2.1.3 节视角看，其处理过程如下图红色箭头所示：
在这里插入图片描述

以内部寄存器看，每次DMA 传输包含三项操作：

  • 通过 DMA_SxPAR 或 DMA_SxM0AR 寄存器寻址，从外设数据寄存器或存储器单元中加载数据；(处理取数据)
  • 通过 DMA_SxPAR 或 DMA_SxM0AR 寄存器寻址，将加载的数据存储到外设数据寄存 器或存储器单元；(处理放数据)
  • DMA_SxNDTR 计数器在数据存储结束后递减，该计数器中包含仍需执行的事务数；(处理传输数据)

2.2.3 数据传输序列

数据传输序列就是由多个数据组成的序列，如下图，DMA 事件由给定数目的数据传输序列组成；数据传输序列的数目及其宽度（8 位、16 位 或 32 位）可用软件编程；
在这里插入图片描述

2.2.4 通道选择及其外设硬件映射

如2.1.2节所述，每个DMA 有8个数据流共64个通道(请求)(8*8=64)，对于同一DMA，假设64个通道同时发生数据传输请求，则需要进行通道选择，该选择通过每个数据流中的DMA_SxCR 寄存器中的 CHSEL[2:0] 位控制其内8个通道的优先级；
在这里插入图片描述

下表是DMA 各数据流的8个通道对应的硬件外设连接；
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

如：要实现串口5接收DMA 传输，根据上表，其将通过数据流0的通道4向DMA1控制器发送数据传输请求，请求被确认后，数据将通过数据流0进行数据传输；

2.2.5 数据流_REQ_STREAMx

对于每个DMA 控制器内的8个数据流，它们都能提供源和目标之间的单向传输链路；每个数据流都可进行2种传输：

  • 常规类型事务：存储器到外设、外设到存储器或存储器到存储器的传输；
  • 双缓冲区类型事务：使用存储器的两个存储器指针的双缓冲区传输（当 DMA 正在进行自/至缓冲区的读/写操作时，应用程序可以进行至/自其它缓冲区的写/读操作）；

2.3 仲裁器

如2.1.4 图所示，每个DMA 控制器中都有一个仲裁器，其作用是管理8个数据流的请求优先级；

优先权管理分2个阶段：

  1. 软件仲裁：每个通道的优先权可以在DMA_CCRx 寄存器中设置，有4个等级：

    • 最高优先级
    • 高优先级
    • 中优先级
    • 低优先级

  2. 硬件仲裁：如果2个请求有相同的软件优先级，则较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先权。如：通道2优先于通道4。

在这里插入图片描述

注意： 在大容量产品和互联型产品中，DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级

2.4 核心代码

下面以STM32F1 DMA应用于串口3数据接收功能为例：
在这里插入图片描述

  1. ※DMA_PeripheralBaseAddr ：【源】用来设置 DMA 传输的外设基地址
  2. ※DMA_MemoryBaseAddr：【目标】内存基地址，也就是存放DMA传输数据的存储器内存地址
  3. ※DMA_DIR： 设置【数据传输方向】，决定是从外设读取数据到内存还是从内存读取数据发送到外设
  4. ※DMA_BufferSize： 设置【一次传输数据量的大小】
  5. DMA_PeripheralInc ：设置传输数据的时候外设地址是不变还是递增。如果设置为递增，那么下一次传输的时候地址加 1
  6. DMA_MemoryInc：设置传输数据时候内存地址是否递增。这个参数 和DMA_PeripheralInc 意思接近，只不过针对的是内存
  7. DMA_PeripheralDataSize：用来设置外设的数据长度是为字节传输（8bits）、半字传输 (16bits) 还是字传输 (32bits)
  8. DMA_MemoryDataSize 是用来设置内存的数据长度，和第七个参数意思接近
  9. DMA_Mode：用来设置 DMA 模式是否循环采集，也就是说，比如我们要从内存中采集 64 个字节发送到串口，如果设置为重复采集，那么它会在 64 个字节采集完成之后继续从内存的第一个地址采集，如此循环。
  10. DMA_M2M：设置 DMA 通道的优先级，有低，中，高，超高三种模式，
  • 配置代码：
	  USART_ITConfig(USART3, USART_IT_IDLE, ENABLE); // 开启串口3空闲中断 		
		DMA_DeInit(DMA1_Channel3); // 复位DMA1_Channel3
		RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);  // 使能DMA1时钟
    
    // RX DMA1
    DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = sizeof(Usart3data);      			// 传输的数据大小
    DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;            			// 外设作为数据的来源
    DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;                  			// 不使能M TO M传输
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)Usart3data;			// 设置DMA源地址:串口数据寄存器
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;		// 内存数据单元
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;        		// 外设地址不增
    DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                  		// DMA模式一次或者循环模式
		//DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;              		// DMA模式一次或者循环模式
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = USART3_BASE + 0x04; 		// 设置DMA源地址:串口数据寄存器地址
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;    // 外设数据单元
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;   // 外设地址不增加
    DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;            		// 优先级为中
 
    // 初始化DMA通道     
    DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStruct);     
    // 清除DMA所有标志
    DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC3);
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel3, DMA_IT_TE,ENABLE);

    USART_DMACmd(USART3, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);// 使能串口DMA接收
    DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);     // 使能DMA通道	

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  • 查询代码：
  1. 查询DMA当前状态：
FlagStatus DMA_GetFlagStatus(uint32_t DMAy_FLAG)

比如要查询DMA通道4传输是否完成：
DMA_GetFlagStatus(DMA2_FLAG_TC4);


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  1. 获取当前剩余数据量大小：
uint16_t DMA_GetCurrDataCounter(DMA_Channel_TypeDef* DMAy_Channelx)

比如要获取 DMA 通道 4 还有多少个数据没有传输
DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4);


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  • STM32F4 DMA 配置参数解释：
typedef struct
{
 // DMA 通道
  uint32_t DMA_Channel;            /*!< Specifies the channel used for the specified stream. 
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_channel */
 
 // DMA 外部接口基地址
  uint32_t DMA_PeripheralBaseAddr; /*!< Specifies the peripheral base address for DMAy Streamx. */

 // DMA 内存基地址
  uint32_t DMA_Memory0BaseAddr;    /*!< Specifies the memory 0 base address for DMAy Streamx. 
                                        This memory is the default memory used when double buffer mode is
                                        not enabled. */
  
  // 传输方向
  uint32_t DMA_DIR;                /*!< Specifies if the data will be transferred from memory to peripheral, 
                                        from memory to memory or from peripheral to memory.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_data_transfer_direction */
	
  // DMA 缓冲区大小
  uint32_t DMA_BufferSize;         /*!< Specifies the buffer size, in data unit, of the specified Stream. 
                                        The data unit is equal to the configuration set in DMA_PeripheralDataSize
                                        or DMA_MemoryDataSize members depending in the transfer direction. */
 
 // 指定外围地址寄存器是否应递增
  uint32_t DMA_PeripheralInc;      /*!< Specifies whether the Peripheral address register should be incremented or not.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_peripheral_incremented_mode */

 // 指定内存地址寄存器是否应递增
  uint32_t DMA_MemoryInc;          /*!< Specifies whether the memory address register should be incremented or not.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_memory_incremented_mode */

 // 外围数据的宽度
  uint32_t DMA_PeripheralDataSize; /*!< Specifies the Peripheral data width.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_peripheral_data_size */

 // 内存数据的宽度
  uint32_t DMA_MemoryDataSize;     /*!< Specifies the Memory data width.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_memory_data_size */

 // DMA 工作模式
  uint32_t DMA_Mode;               /*!< Specifies the operation mode of the DMAy Streamx.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_circular_normal_mode
                                        @note The circular buffer mode cannot be used if the memory-to-memory
                                              data transfer is configured on the selected Stream */

 // DMA 软件优先级
  uint32_t DMA_Priority;           /*!< Specifies the software priority for the DMAy Streamx.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_priority_level */

 // DMA FIFO 模式
  uint32_t DMA_FIFOMode;          /*!< Specifies if the FIFO mode or Direct mode will be used for the specified Stream.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_fifo_direct_mode
                                        @note The Direct mode (FIFO mode disabled) cannot be used if the 
                                               memory-to-memory data transfer is configured on the selected Stream */

  // DMA FIFO 模式的阈值水平
  uint32_t DMA_FIFOThreshold;      /*!< Specifies the FIFO threshold level.
                                        This parameter can be a value of @ref DMA_fifo_threshold_level */

  // 内存传输的突发传输配置
  uint32_t DMA_MemoryBurst;        /*!< Specifies the Burst transfer configuration for the memory transfers. 
                                        It specifies the amount of data to be transferred in a single non interruptable 
                                        transaction. This parameter can be a value of @ref DMA_memory_burst 
                                        @note The burst mode is possible only if the address Increment mode is enabled. */
  // 外围传输的突发传输配置
  uint32_t DMA_PeripheralBurst;    /*!< Specifies the Burst transfer configuration for the peripheral transfers. 
                                        It specifies the amount of data to be transferred in a single non interruptable 
                                        transaction. This parameter can be a value of @ref DMA_peripheral_burst
                                        @note The burst mode is possible only if the address Increment mode is enabled. */  
}DMA_InitTypeDef;
// 注：以上配置参数可选项，可在程序文件中搜索`@ref` 之后的的关键字获取


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2.5 其他

2.5.1 指针增量

通过设置DMA_CCRx寄存器中的PINC和MINC标志位，外设和存储器的指针在每次传输后可以有选择地完成自动增量。当设置为增量模式时，下一个要传输的地址将是前一个地址加上增量值，增量值取决与所选的数据宽度为1、2或4 .
在这里插入图片描述

  1. 当通道配置为非循环模式时，传输结束后(即传输计数变为0)将不再产生DMA操作。要开始新的DMA传输，需要在关闭DMA通道的情况下，在DMA_CNDTRx寄存器中重新写入传输数目。
  2. 在循环模式下，最后一次传输结束时，DMA_CNDTRx寄存器的内容会自动地被重新加载为其初始数值，内部的当前外设/存储器地址寄存器也被重新加载为DMA_CPARx/DMA_CMARx寄存器设定的初始基地址。

在这里插入图片描述

以存储器地址增量模式(MINC标志位设置为1)为例：

  1. 定义存储器数据缓冲区数据位为8位
  2. 定义外设的数据位为8位
  3. 数据从M数据缓冲区数组从低位到高位依次传输到P数据寄存器，指针根据增量值依次递增(上面设递增量为1)，每传输一个数据，DMA_CNDTRx依次递减，一直等到DMA_CNDTRx为0为止
  4. DMA_CNDTRx为0后，根据是否设置为循环模式，是则在DMA_CNDTRx寄存器中重新写入传输数目，否则结束

2.5.2 循环模式

在这里插入图片描述
循环模式用于处理循环缓冲区和连续的数据传输(如ADC的扫描模式)。在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于开启这一功能。当启动了循环模式，数据传输的数目变为0时，将会自动地被恢复成配置通道时设置的初值，DMA操作将会继续进行。

2.5.3 通道传输数据量

如下图，定义通道传输数据量的寄存器为DMA_CNDTRx，它是一个32位寄存器，但只使用了前16位，故，数据传输数量最大为65535
在这里插入图片描述

2.5.4 中断

每个DMA 的数据流都有5个事件标志来触发中断请求，他们分别是DMA 半传输、DMA 传输完成、DMA 传输错误、DMA FIFO 错误、直接模式错误；为应用的灵活性考虑，通过设置寄存器的不同位来打开这些中断；
在这里插入图片描述

2.5.5 CPU与外设之间的数据传送方式

CPU与外设之间的数据传送方式即与DMA对立的另一种外设数据传输方式，一般分为程序传送方式和中断传送方式。其特点是CPU通过控制系统总线与其他部件连接并进行数据传输。

它们均由CPU控制数据传输，不同的是程序传送方式由CPU来查询外设状态，CPU处于主动地位，而外设处于被动地位。这就是常说的对外设的轮询，效率低。而中断传送方式则是外设主动向CPU发生请求，等候CPU处理，在没有发出请求时，CPU和外设都可以独立进行各自的工作。 需要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间，所以这种方式只适合少量数据的传送。

2.5.6 程序传送方式

程序传送方式是指直接在程序控制下进行数据的输入/输出操作。分为无条件传送方式和查询(条件传送方式)两种：

  1. 无条件传送方式： 微机系统中的一些简单的外设（如开关、继电器、数码管、发光二极管等），在它们工作时，可以认为输入设备已随时准备好向CPU提供数据，而输出设备也随时准备好接收CPU送来的数据，这样，在CPU需要同外设交换信息时，就能直接对这些外设进行输入/输出操作。由于在这种方式下CPU对外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态，故称之为无条件传送方式。
  2. 查询(有条件)传送方式：查询传送也称为条件传送，是指在执行输入指令（IN）或输出指令（OUT）前，要先查询相应设备的状态，当输入设备处于准备好状态、输出设备处于空闲状态时，CPU才执行输入/输出指令与外设交换信息。为此，接口电路中既要有数据端口，还要有状态端口。

2.5.7 中断传送方式

中断传送方式是指当外设需要与CPU进行信息交换时，由外设向CPU发出请求信号，使CPU暂停正在执行的程序，转而去执行数据输入/输出操作，待数据传送结束后，CPU再继续执行被暂停的程序。

参考：

  1. DMA之理解

  2. 【STM32】 DMA原理，步骤超细详解，一文看懂DMA

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