STM32F407使用内置DAC+DMA+TIM制作DDS信号源_stm32 dds

STM32F407使用内置DAC+DMA+TIM制作DDS信号源

电赛的时候需要制作能够实现分辨率到0.001Hz的信号源，平常使用的信号源模块达不到这个精度，故使用DDS算法实现

一、简单原理讲解(个人理解)

频率:

现在假设我们有2的32次方这么大个正弦波波表（当然后面教程中不会这么大，这里方便理解），然后DDS输出波表直接查表的时候频率控制字取1，本振(定时器6)为2MHz，此时输出频率为2M除以2的32次方乘以1约等于0.0004656Hz;若频率控制字取2，输出频率为2M除以2的32次方乘以2约等于0.0009312Hz。这里就能得到频率控制字的计算公式了为：2的32次方除以本振(2M)乘以输出频率。然而在实际工程中，一般情况下，我们不可能有这么大的存储空间去储存2的32次方这么大个正弦波表，这个时候相位累加器的作用就出现了，可以将正弦波波表取样量化到一个2的次方大小的数组，比如2的8次方，相位累加器为32位(也可以取其他的)，取高八位作为DDS输出查表的索引，便解决了。

相位:

实际上相位累加器32位，就对应了2的32次方这么大个正弦波波表(虚拟出来的，一个周期)，改变相位，只需要在当前相位累加器的基础上加减一次即可，相位控制字计算公式为：改变相位除以360°乘以2的32次方

幅度:

取决于正弦波波表

二、DDS缺陷

尽管DDS能够实现精准的频率相位控制，但在输出高频信号时，会出现不明显的上下波动的现象，笔者在使用这个算法出三角波的时候吃的亏，原因是因为，在频率越高，频率控制字越大，输出对应的DDS数组中一个周期数量少，导致，在DDS查表的时候，取峰峰值取不到。（可通过提高本振频率，相位累加器位数和数组大小改善）

三、DDS算法实现

在使用DDS算法中，有相位累加器uint32_t place=0，频率控制字 uint32_t ctrl_word，相位控制字uint32_t phase_word，DDS输出波表uin32_t pData[256]，正弦波波表uint16_t Sine_WAVE[256];，输出频率uint32_t Fre=10000，输出相对相位float phase=0（0到360°）系统时钟（本振）2MHz。故分辨率为2M/2的32次方约等于0.0004656Hz，在配置好cubemx后生成代码。

这里我的f4主频设置成160MHz

一些变量

#define  WAVE_POINT  256

#define OF 2147.483648 //2的32次方除以2M

uint16_t pData[WAVE_POINT];

uint16_t Sine_WAVE[WAVE_POINT];

uint32_t place=0;

uint32_t ctrl_word=0;

uint32_t phase_word=0;

uint32_t Fre=10000;

uint8_t phaseFlag=1;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

一些代码

void SineWave_Data(uint16_t num, uint16_t* D, float U)//正弦波生成波表代码

{

​	num++;

​    uint16_t i;

​    U=U/2;

​    for (i = 0; i < num-1; i++)

​    {

​        D[i] = (uint16_t)((U*sin((1.0 * i / (num - 1)) * 2 * 3.1415926) + U) * 4095 / 3.3)+300;

​    }

}

void phaseChange(float phase)``//相位改变代码

{

​	phase_word=phase/360*4294967295;

​	if(phaseFlag==1)

​	{

​		phaseFlag=0;

​		place+=phase_word;

​	}

}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

主函数代码

int main(void)

{

  /* USER CODE BEGIN 1 */



  /* USER CODE END 1 */



  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/



  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */

  HAL_Init();



  /* USER CODE BEGIN Init */



  /* USER CODE END Init */



  /* Configure the system clock */

  SystemClock_Config();



  /* USER CODE BEGIN SysInit */



  /* USER CODE END SysInit */



  /* Initialize all configured peripherals */

  MX_GPIO_Init();

  MX_DMA_Init();

  MX_DAC_Init();

  MX_TIM6_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

 	SineWave_Data(WAVE_POINT ,Sine_WAVE,2);//生成正弦波数组**

	HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t*)pData,  WAVE_POINT, DAC_ALIGN_12B_R);//使能DAC**

  	HAL_TIM_Base_Start(&htim6);//使能定时器**

  /* USER CODE END 2 */



  /* Infinite loop */

  /* USER CODE BEGIN WHILE */

  while (1)

  {



​    /* USER CODE END WHILE */



​    /* USER CODE BEGIN 3 */

	 phaseChange(phase);//更改相位

	 ctrl_word=Fre*OF;//频率控制字

  }

  /* USER CODE END 3 */

}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91

核心代码

在DMA传输中断中更改波表，传输完成前半段更改前半段波表，完成后半段更改后半段波表

void HAL_DAC_ConvHalfCpltCallbackCh1(DAC_HandleTypeDef *hdac)

{

​	for(uint16_t i=0;i<WAVE_POINT/2;i++)

​	{

​		pData[i]=Sine_WAVE[place>>24];

​		place+=ctrl_word;

​	}

}

void HAL_DAC_ConvCpltCallbackCh1(DAC_HandleTypeDef *hdac)

{

​	for(uint16_t i=WAVE_POINT/2;i<WAVE_POINT;i++)

​	{

​		pData[i]=Sine_WAVE[place>>24];

​		place+=ctrl_word;

​	}

}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31