【跟我学OSKinetis】第6课-DAC编程实践

洋葱圈 · 发表于 2013-11-5 08:39:46

上节讲了ADC模拟转数字模块，这节趁热打铁，说说DAC数字转模拟模块。ADC和DAC就像一对欢喜冤家，大家可以把这两个模块理解为互逆过程，就像录音机与播音机两个东西，前者负责把模拟量采集进来，后者负责把模拟量输出出去。其实当你会用了这两个模块之后，完全可以自己做一个简单的录音和播音机了。
与ADC的复杂程度不同，DAC模块可以说是非常简单了，不但它本身的寄存器很少，而且你在直接使用固件库编程的时候就更简单了。因此我们就先讲一下的工作模式，了解了工作模式之后再使用固件库编程便是极好的了。
DAC转换原理

K60中的DAC是12位精度的，这个概念与ADC的精度概念一样，就是把参考电压分成2的12次方份，每一份的电压就是它的最小输出精度，因此DAC的输出电压精度就是3.3V/4096=0.00081V。至于内部的转换原理如何，我们可以从官方技术文档中的模块框图看出：

上图是截取的模块框图的上半部分，其中红框内就是实现电压转换的部分，大家可以理解为K60内部通过4096个等值的电阻将参考电压分成了4096分，而MUX则根据蓝框中的值来判断到底选择哪个分压值进行输出。这个蓝框中的值就是大家在编程中设置的输出值，它其实是一个缓冲区，可以配置为不同的模式来输出缓冲区中的值。绿框中的部分是一个缓冲放大器，途中的DACEN是一个寄存器控制位，用来使能DAC工作，DACRFS用来选择参考电压，LPEN用来使能低功耗模式。
至于本框图的下半部分，则是DAC的比较重要也是难点所在，本文中没有示出，大家可以自己到技术文档中感受下，这部分用于控制DAC的硬件触发、缓冲区工作模式选择、中断等等。
DAC工作模式

非缓冲区工作模式

这个“非缓冲区工作模式”一看就是和“缓冲区工作模式”相对应的，如果大家在用固件库初始化DAC时不做任何配置，默认就是非缓冲区工作模式。该模式是DAC最简单的工作模式，因为几乎不用做任何配置，使能DAC后，只要向DAC数据寄存器（DAC[x]_DAT）的第一个缓冲区（DAC[0]_DAT）写入0~4095之间的数值，就可以在DAC输出引脚输出电压。
缓冲区工作模式

既然该模式叫做“缓冲区工作模式”，那么它必然会用到了DAC数据寄存器（DAC[x]_DAT）的所有缓冲区，而不仅仅是第一个缓冲区。那么DAC是如何选择缓冲区中的数据进行输出的呢，原来在缓冲区工作模式下，DAC还分为了3个不同的工作模式。
在学习3中工作模式前，你要了解什么是DAC数据寄存器的缓冲区。DAC输出的模拟电压值是由DAC数据寄存器（DAC[x]_DAT）决定的，它不是一个寄存器，而是一系列缓冲区，x为0~15，即长度为16。DAC可根据触发模式（硬件触发或软件触发）的不同，依次将缓冲区中的值输出出去。至于按照什么顺序输出，就是要看你设置的工作模式了。
在固件库的使用中，如果你要使用缓冲区工作模式，需要配置初始化结构体的变量DAC_BufferEnable为TRUE。
普通模式
在该模式下，DAC的读指针会从最底部的缓冲区依次读出数据并输出，每触发一次，地址+1，到达最高上限后（比如设置缓冲区最高为4），那么读指针会在下一次触发时会到底部缓冲区（DAC[0]_DAT）。
如果使用普通模式，需要配置DAC_BufferWorkMode为BUFFER_MODE_NORMAL。
摆动模式
顾名思义，在该模式下，读指针像单摆一向，不会在到达顶端后立即返回底部，而是会在下次触发后由地址+1改为地址-1，也就是说读指针会一直在缓冲区底部和最高上限之间游走。
如果使用普通模式，需要配置DAC_BufferWorkMode为BUFFER_MODE_SWING。
单次扫描模式
在该模式下，读指针从底部逐渐增加到最高上限后，就会停止在那里不动，只有在再次复位指针后，它才会再一次开始增加。
如果使用普通模式，需要配置DAC_BufferWorkMode为BUFFER_MODE_ONETIMESCAN。
以上所说的缓冲区最高上限是由DAC_BufferUpperLimit配置的，取值为1~16。
关于DAC的触发

如果你使用“非缓冲区工作模式”，那么不必理会这节，因为只有只用“缓冲区工作模式”时才需要配置DAC的触发模式。每触发一下DAC，它的数据读指针就会改变一次地址，从而改变数据的输出。最简单的方式是配置DAC为软件触发（.DAC_SoftTrgEnable=TRUE），你就可以使用库函数LPLD_DAC_SoftwareTrigger()触发指针变更。当然DAC也可配置为硬件触发，也需要用到PDB模块来配合使用。
关于DAC的中断

同样，如果你使用DAC的缓冲区工作模式，那么也可以配置是否触发不同的中断。
当使能读指针底部中断后（.DAC_ReadPointerBottomIntEnable=TRUE），DAC会在读指针到达缓冲区最高上限后产生中断请求。
当使能读指针顶部中断后（.DAC_ReadPointerTopIntEnable=TRUE），DAC会在读指针等于0后产生中断请求。
当使能缓冲区水印中断后（.DAC_BufferWatermarkIntEnable=TRUE）,DAC会在读指针到达水印位置后产生中断请求，这个水印位置由DAC_BufferWatermarkSel结构体变量决定。
当然，在初始化参数中使能相关中断后还不够，还要配置相关中断的回调函数才可以，最终还要调用使能DACx中断函数来使能中断控制器。
DAC例程讲解

打开例程“08-(DAC)LPLD_AnalogSignalOutput”（请使用该例程的0.2版本，0.1版本存在BUG），编译下载后运行，用示波器观察DAC0_OUT引脚的波形，会看到三角波的产生，如下图所示：

这是一个极其简单的例程，我们只需要几行的程序就可以实现三角波的生成，首先看初始化代码：

1	dac_init_struct.DAC_Dacx = DAC0;
2	LPLD_DAC_Init(dac_init_struct);

Line 1：使用DAC0模块。
Line 2：调用初始化函数初始化DAC0。没错，只需要这简单的2行就完成了DAC的最简单功能的初始化任务！
接下来看while循环内的代码：

1	if(i==0)
2	delta = DELTA;
3	else if(i==4095)
4	delta = -DELTA;
5
6	i += delta;
7
8	LPLD_DAC_SetBufferDataN(DAC0, i, 1);
9	delay(DELAY);

Line 1~4：这几行决定每次循环的输出值是增还是减，因为我们要输出三角波，因此不管波形的增加还是减小，它都是线性变化的，当到达底部后，让每次变化为递增DELTA，当达到顶部后，让每次变化为递减DELTA，这个DELTA值默认设置为1。
Line 6：将递增或递减的值累加到输出值i中。
Line 8：调用设置输出缓冲区数据函数，配置输出数据的第1个缓冲区为输出值i。因为我们没有使能“缓冲区工作模式”，因此只要调用了此函数后，DAC就会立即输出数值i。
Line 9：延时一小会以保持波形，如果你想更改波形的频率，更改这里的延时值就可以了。当然，如果想精确的设置输出间隔时间，最好还是使用“缓冲区工作模式”并配合“硬件触发”为好！
DAC能干什么

开篇我们说了，ADC和DAC是就像一对欢喜冤家，互相是对着干的。那么DAC到底都能实际干些什么呢？最常用的就是我们说的输出音频数据，当然它本质还是输出模拟波形，只不过这个波形的频率范围是我们可以用耳朵识别出来的。
DAC也可以做为波形发生器，就像本例程中生成的三角波一样，你可以利用不同的算法，加上点有计划的输出间隔、触发配置，就可以做得更像样一点。
如果你想做一个可编程电流源，同样可以例程DAC来控制，这里我们就抛砖引玉了，大家可以慢慢挖掘！
本片仅仅是针对OSKinetis固件库来阐述DAC到底怎么用，更详细的原理、使用方法，大家可以百度、谷歌、看技术文档等等。