STM32开发指南--第二十五章 PWM DAC实验
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二十五章 PWM DAC实验
上一章,我们介绍了STM32自带DAC模块的使用,但不是每个STM32都有DAC模块的,对于那些没有DAC模块的芯片,我们可以通过PWM+RC滤波来实一个PWM DAC。本章我们将向大家介绍如何使用STM32的PWM来设计一个DAC。我们将使用按键(或USMART)控制STM32的PWM输出,从而控制PWM DAC的输出电压,通过ADC1的通道1采集PWM DAC的输出电压,并在LCD模块上面显示ADC获取到的电压值以及PWM DAC的设定输出电压值等信息。本章将分为如下几个部分:
25.1 PWM DAC简介
25.2 硬件设计
25.3 软件设计
25.4 下载验证
25.1 PWM DAC简介
虽然大容量的STM32F103具有内部DAC,但是更多的型号是没有DAC的,不过STM32所有的芯片都有PWM输出,因此,我们可以用PWM+简单的RC滤波来实现DAC输出,从而节省成本。
PWM本质上其实就是是一种周期一定,而高低电平占空比可调的方波。实际电路的典型PWM波形,如图25.1.1所示:
图25.1.1 实际电路典型PWM波形
图25.1.1的PWM波形可以用分段函数表示为式①:
其中:T是单片机中计数脉冲的基本周期,也就是STM32定时器的计数频率的倒数。N是PWM波一个周期的计数脉冲个数,也就是STM32的ARR-1的值。n是PWM波一个周期中高电平的计数脉冲个数,也就是STM32的CCRx的值。VH和VL分别是PWM波的高低电平电压值,k为谐波次数,t为时间。我们将①式展开成傅里叶级数,得到公式②:
从②式可以看出,式中第1个方括弧为直流分量,第2项为1次谐波分量,第3项为大于1次的高次谐波分量。式②中的直流分量与n成线性关系,并随着n从0到N,直流分量从VL到VL+VH之间变化。这正是电压输出的DAC所需要的。因此,如果能把式②中除直流分量外的谐波过滤掉,则可以得到从PWM波到电压输出DAC的转换,即:PWM波可以通过一个低通滤波器进行解调。式②中的第2项的幅度和相角与n有关,频率为1/(NT),其实就是PWM的输出频率。该频率是设计低通滤波器的依据。如果能把1次谐波很好过滤
掉,则高次谐波就应该基本不存在了。
通过上面的了解,我们可以得到PWM DAC的分辨率,计算公式如下:
分辨率=log2(N)
这里假设n的最小变化为1,当N=256的时候,分辨率就是8位。而STM32的定时器都是16位的,可以很容易得到更高的分辨率,分辨率越高,速度就越慢。不过我们在本章要设计的DAC分辨率为8位。
在8位分辨条件下,我们一般要求1次谐波对输出电压的影响不要超过1个位的精度,也就是3.3/256=0.01289V。假设VH为3.3V,VL为0V,那么一次谐波的最大值是2*3.3/π=2.1V,这就要求我们的RC滤波电路提供至少-20lg(2.1/0.01289)=-44dB的衰减。