10 DAC 模拟电压实验

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本系列教程目录：

• 瑞萨单片机开发教程[一] e2-studio + DAP LINK开发环境搭建
• 瑞萨单片机开发教程[二] Keil/RASC开发环境搭建
• 瑞萨单片机开发教程[三] 新建RASC工程
• 瑞萨单片机开发教程[四] GPIO输出——led实验
• 瑞萨单片机开发教程[五] GPIO输入——按键key实验
• 瑞萨单片机开发教程[六] ICU外部中断实验
• 瑞萨单片机开发教程[七] SCI UART串口通信实验
• 瑞萨单片机开发教程[八] DMAC 串口数据传输实验
• 瑞萨单片机开发教程[九] ADC 电压采集实验

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DAC 模拟电压实验

本章目标：

• 了解 DAC 基本概念和 RA6M5 处理器的 DAC 外设；
• 学会使用 RASC 配置 DAC 输出指定电压和正弦波形；

硬件设计

本实验使用开发板的 DAC 模块，通过 DAC 通道输出模拟电压信号，可使用示波器观察波形。

软件设计

新建工程

复制一份“09 ADC”修改文件夹名“10 DAC”，双击打开 EBF_RA6M5.uvprojx 工程，通过 Keil 的新建文件新建 dac.c 和 dac.h，保存到目录下的 \src 文件夹下。

FSP 配置

在 RASC 中配置 DAC 时，先配置 DAC 的通道的引脚，再去添加 DAC 的 Stack 模块并进行配置。

Keil 界面选择“Tools”→“RA Smart Configurator”打开 RASC 界面。

首先配置 DAC 通道。

在 RASC 的“Pins”中的“Peripherals”选择“Analog:DAC”，选择 DAC 通道 DAC0 在右侧配置中将“Operation Mode”设置为“Enabled”，引脚只有一个 P014。如果是 DAC1，引脚是 P015。

配置 DAC Stack 模块，在 FSP 的“Stacks”界面点击“New Stack”，选择“Analog”中的“DAC(r_dac)”。

打开 DAC Stack 属性界面，配置 DAC0 参数，这些属性基本都不需要配置，按照默认值即可。

DAC属性	描述
Name	模块实例名，默认设置为“g_dac0”即可
Channel	通道。选择通道 0
Synchronize with ADC	与 ADC 同步
Date Format	数据格式：右对齐/左对齐
Output Amplifer	使能 DAC 输出放大器
Charge Pump (Requires MOCO active)	使能 DAC 充电泵
Internal Output	内部输出
ELC Trigger Source	选择 ELC 触发源
Pins > DA0	选择 P014 引脚

配置完成之后可以按下快捷键“Ctrl + S”保存，最后点击 “Generate Project Content” 按钮，让软件自动生成配置代码即可。

1. 引脚配置信息

引脚配置在 pin_data.c 文件里生成。

const ioport_pin_cfg_t g_bsp_pin_cfg_data[] = {
    {
        .pin = BSP_IO_PORT_00_PIN_14,
        .pin_cfg = ((uint32_t) IOPORT_CFG_ANALOG_ENABLE)
    },
}

将 P014 复用为 IOPORT_CFG_ANALOG_ENABLE，也就是使能了 P014 的模拟量输入功能。

2. DAC配置信息

DAC 设备对象会在 hal_data.c 中生成，是 dac_cfg_t 类型的结构体常量，名为 g_dac0_cfg。

const dac_cfg_t g_dac0_cfg =
{
    .channel             = 0,
    .ad_da_synchronized  = false,
    .p_extend            = &g_dac0_ext_cfg
};

channel：DAC 通道

ad_da_synchronized：是否和 ADC 同步转换

p_extend：扩展的配置信息

g_dac0_ext_cfg，它被用来描述 DAC 的扩展配置参数，比如是否使用放大器、数据存放格式、是否使能内部输出等。

const adc_extended_cfg_t g_adc0_cfg_extend =
{
    .add_average_count   = ADC_ADD_OFF,
    .clearing            = ADC_CLEAR_AFTER_READ_ON,
    .trigger             = ADC_START_SOURCE_DISABLED,
    .trigger_group_b     = ADC_START_SOURCE_DISABLED,
    .double_trigger_mode = ADC_DOUBLE_TRIGGER_DISABLED,
    .adc_vref_control    = ADC_VREF_CONTROL_VREFH,
    .enable_adbuf        = 0,
...
}

程序设计

实现 DAC0 通道输出模拟电压值，通过生成的正弦波数据数组，在循环中实现输出正弦波电压信号，在示波器查看正弦波波形。

1. 打开 DAC 设备

R_DAC_Open(dac_ctrl_t * const p_ctrl, dac_cfg_t const * const p_cfg);

2. 开启转换

R_DAC_Start(dac_ctrl_t * const p_ctrl);

3. 设置转换值

R_DAC_Write(dac_ctrl_t * const p_ctrl, uint16_t value);

此函数会将 value 写入到 DAC 的 DADR 寄存器中，如果开启了 DAC 转换，会立刻进行 DAC 转换，并把模拟信号输出到 DAC 引脚上。

4. 停止转换

R_DAC_Stop(dac_ctrl_t * const p_ctrl);

5. 换算转换值

dac_data = (uint16_t)(4095*((voltage)/3.3f));

DAC 量程 04095，对应电压 03.3V，设置电压值需要换算成 DAC 值。

程序编写

在 dac.h 头文件里定义初始化函数，设置转换值函数，正弦波生成函数。

#ifndef _BSP_DAC_H_
#define _BSP_DAC_H_
 
#include "hal_data.h"
 
void dac_Init();
void dac_SetVoltage(float voltage);
void dac_SinWave_Cycle(uint32_t time_interval);
 
#endif

在 dac.c 里实现初始化函数、设置转换值函数，正弦波生成函数。

#include "dac.h"
  
//正弦波数据数组变量
uint16_t var[] = {
    2048, 2460, 2856, 3218, 3532, 3786, 3969, 4072, 4093, 4031, 3887, 3668,
    3382, 3042, 2661, 2255, 1841, 1435, 1054, 714, 428, 209, 65, 3, 24, 127,
    310, 564, 878, 1240, 1636, 2048
};
  
//初始化DAC 
void dac_Init()
{
    R_DAC_Open(&g_dac0_ctrl, &g_dac0_cfg);
    R_DAC_Start(&g_dac0_ctrl);
}
  
//设置当前的电压
void dac_SetVoltage(float voltage)
{
    uint16_t dac_data;
    dac_data = (uint16_t)(4095*((voltage)/3.3f));
    R_DAC_Write(&g_dac0_ctrl, dac_data);
}
  
//生成正弦波波形
void dac_SinWave_Cycle(uint32_t time_interval)
{
    for(uint32_t i = 0 ; i < (sizeof(var)/sizeof(var[0])); i++)
    {
        R_DAC_Write(&g_dac0_ctrl, var[i]);
        R_BSP_SoftwareDelay(time_interval, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
    }
}

在 hal_entry.c 文件中添加头文件 dac.h，在 hal_entry 入口函数初始化 dac，在循环中执行正弦波生成函数。

void hal_entry(void)
{
    /* TODO: add your own code here */
 
    led_Init(); // LED 初始化
    uart0_Init();
    dac_Init();
     
    printf("start DAC test\r\n");
     
    while(1)
    {
        //生成正弦波波形
        dac_SinWave_Cycle(1);
    }
 
 
#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
    /* Enter non-secure code */
    R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

下载验证

首先使用示波器探头连接 P014 引脚和开发板的 GND 引脚。

连接下载器，将程序编译并下载到开发板之后，按下复位按键来复位开发板，程序启动初始化完。

按下示波器“AUTO”键自动检测波形，可以看到示波器有正弦波形。