使用STM32微控制器系列中的DAC生成音频和波形之DAC特性

《前言》

本应用笔记举例介绍了使用数模转换器 (DAC) 外设生成音频输出信号的过程，该 DAC 外设内嵌在 STM32F10xx 微控制器系列产品中。

数模转换器 (DAC) 是一种与模数转换器功能相反的器件，可以将数字形式的数据转换为相应的模拟电压信号。

STM32 DAC 模块是 12 位字转换器，带有两个支持立体声音频的输出通道。 DAC 可用于多种音频应用中，例如：安全警报、蓝牙耳机、发声玩具、答录机、人机接口以及低成本的音乐播放器STM32 DAC 还可实现许多其他模拟用途，如模拟波形产生和控制工程。

《DAC主要特性》

1、数据格式 DAC 可以使用以下三种整型格式的数据：8 位右对齐、12 位右对齐以及 12 位左对齐。12 位值的范围在 0x000 到 0xFFF 之间，其中 0x000 为最小值，而 0xFFF 为最大值。

2、双通道模数 DAC 有两个输出通道，每个通道各有一个转换器。在双 DAC 通道模式下，转换可以单独进行，也可以同时进行。 当 DAC 通道由同一个触发源触发后，两个通道将组合在一起同步执行更新操作，转换也会同时进行。

3、专用定时器 除了通过软件和外部触发器触发 DAC 转换之外，还可以通过不同的定时器触发 DAC 转换。 TIM6 和 TIM7 是两个基本定时器，主要用于 DAC 触发。每当 DAC 接口在所选的定时器触发输出 (TIMx_TRGO) 上检测到上升沿时，DAC_DHRx 寄存器中存储的最后一个数据即会转移到 DAC_DORx 寄存器中。

4、DMA功能 STM32 微控制器配有一个多通道 DMA 模块。每个 DAC 通道都连接到独立的 DMA 通道。 对于 STM32F100x 微控制器，DAC 通道 1 连接到 DMA 通道 3，DAC 通道 2 连接到 DMA通道 4。未使用 DMA 时，CPU 用于向 DAC 提供模式波形。通常，波形保存在存储器 (RAM) 中，CPU 负责将数据从 RAM 传输到 DAC。

使用 DMA 时，系统的整体性能会因内核的释放而提升。此时，数据直接通过 DMA 从存储器传输到 DAC，无需 CPU 执行任何操作。这样节省的 CPU 资源可供其它操作使用。

5、DMA下溢错误 DMA 向 DAC 提供模式波形时，有时会出现 DMA 传输速度比 DAC 转换速度快的情况。此时，DAC 会检测到部分模式波形遭到忽略而不予转换。它随后会将“DMA 下溢错误”标志置 1。可以使用触发定时器通过共享 IRQ 通道处理下溢错误，在 DAC 不通过 TIM6 触发时也可通过专用中断来处理。

6、白噪声发生器 6.1定义 STM32 微控制器 DAC 为用户提供了一个伪随机码发生器。根据移位寄存器上使用的节拍数，在序列重复前，可生成具有最多 2的n-1 次方个数的序列。

由噪声发生器生成的噪声具有均匀的频谱分布，可将这些噪声视为白噪声。不过，白噪声分布均匀，不具备高斯输出特性。

噪声波形的偏移量可以编程。使用预配置的偏移量表更改此偏移量(信号模式)，用户可获得与信号模式和噪声波形之和相对应的波形。

6.2典型应用

STM32 微控制器具有采样率高达 1 M/ 秒的 12 位增强型 ADC。在大多数应用中，这种分辨率已经足够，但在一些需要更高精度的情况下，可以利用过采样和抽选输入信号的概念，以减少外部 ADC 解决方案的使用并降低应用功耗。

STM32 应用笔记 AN2668 中标题为“使用白噪声进行过采样”一节中详细介绍了这些方法的详细信息。

白噪声发生器还可用于产生电子音乐，通常直接产生或作为滤波器的输入来形成其它类型的噪声信号。白噪声发生器广泛用于音频合成，通常用于再现钹等打击乐器的效果，这些乐器在其频域内具有较高的噪声量。

白噪声发生器可用于控制工程，以及放大器和电子滤波器的频率响应测试。白噪声是一种通用的合成噪声源，用于通过耳鸣掩蔽器进行声掩蔽。

7、三角波发生器

7.1定义

STM32 DAC 为用户提供了具有灵活的偏移量、振幅和频率的三角波形发生器。理论上说，三角波形是一种由无限组奇次谐波组成的波形。可以使用 DAC_CR 寄存器中的 MAMPx 位修正三角波形的振幅。

有关三角波形的详细信息，请参见 STM32 参考手册。 三角波形频率与触发源的频率相关。

三角波形的偏移量可以编程。使用预配置的偏移量表更改三角波形地偏移量(信号模式)，用户可获得与信号模式和三角波形之和对应的波形。

7.2典型应用

由于三角波发生器的高次谐波下降速度更快，因此其音色比方波柔和，故而三角波发生器经常用于声音合成。

三角波发生器电路还可用于多种调制解调器电路应用。

8、缓存的输出

为了在不使用外部运算放大器的情况下驱动外部负载，DAC 通道内嵌一个输出缓冲器，可以根据用户应用情况进行使能和禁止。

如果未对 DAC 输出进行缓冲，当用户应用电路中存在负载时，实际电压输出会低于预期电压输出。启用缓冲器后，实际电压输出会与预期电压输出非常接近。

审核编辑：汤梓红