ADC-DAC

一，ADC

模拟信号

什么是模拟信号？主要是与离散的数字信号相对的连续的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化，

而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。电学上的模拟信号是主要是指幅度和相位都连续的电信号，

此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，

其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号等 。常见的模拟信号有正弦波、 调幅波、 阻尼震荡波、 指数衰减波 。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

数字信号

什么是数字信号？

数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。 二进制码就是一种数字信号。

二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用

　　　　　　　　　　　　　　

优点：

抗干扰能力强、无噪声积累

在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。

随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。

对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，

即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。

便于加密处理

信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。

便于存储、处理和交换

数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，

可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。

设备便于集成化、微型

数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。

便于构成综合数字网和综合业务数字网

采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。

另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。

占用信道频带较宽

一路模拟电话的频带为4kHz带宽，一路数字电话约占64kHz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。

随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率)，

数字电话的带宽问题已不是主要问题了

常用的数字信号编码有不归零（NRZ）编码、 曼彻斯特（Manchester）编码和差分曼彻斯特（Differential Manchester）编码。

　　　　　　　　　　　　　　　　

数字信号与模拟信号的转化

模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，

即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；

数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，

目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。

PCM脉码调制

脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。

脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化， 编码的过程。

抽样： 就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

量化： 就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示,通常是用二进制表示。

编码： 就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

STM32F4手册

如何知道当前是使用哪个ADC硬件，同时使用哪个通道？

PA5/ADC12_IN5，表示PA5引脚支持ADC1或ADC2进行扫描，使用通道是第五个输入通道

存储对齐方式

通过ADC硬件获取到的结果值，为什么还得要进行转换为电压值，依据是什么？

通过调整可调电阻实现灯光亮度的变化

int main(void)
{
    uint32_t adc_val,adc_vol,pwm_cmp=0;;

    //系统时钟的时钟源=168MHz/8=21MHz
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);

    //串口初始化，波特率为115200bps
    usart1_init(115200);

    //adc初始化，12位精度
    adc_init();

    //定时器14初始化为PWM，使用PWM通道1，当前频率为100Hz
    tim14_init();

    while(1)
    {
        /* Start ADC Software Conversion ，启动ADC*/ 
        ADC_SoftwareStartConv(ADC1);    

        //等待转换结束
        while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);

        //获取ADC转换后的数值
        adc_val=ADC_GetConversionValue(ADC1);

        //将ADC的数值转换为电压值
        adc_vol = adc_val *3300/4095;


        printf("vol=%dmv
",adc_vol);

        //设置比较值
        pwm_cmp = adc_vol*100/3300 ;

        TIM_SetCompare1(TIM14,pwm_cmp);

        printf("pwm compare=%d
",pwm_cmp);

        delay_ms(500);
        
    }
}

void tim14_init(void)
{
    /* GPIOF clock enable */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);

    /* GPIOF Configuration: TIM14 CH1 (PF9) */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;            //复用功能，使用引脚的第二功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP ;
    GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 

    /* Connect TIM pins to AF9 */
    GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_TIM14);

    /* TIM14 clock enable */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14, ENABLE);


    /* Time base configuration，100Hz*/
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (10000/100)-1;                    //定时计数值,100Hz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 8400;                            //预分频值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;                //再次进行1分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;            //向上计数
    TIM_TimeBaseInit(TIM14, &TIM_TimeBaseStructure);


    /* PWM1 Mode configuration: Channel1 */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM14, &TIM_OCInitStructure);


    TIM_OC1PreloadConfig(TIM14, TIM_OCPreload_Enable);                    //自动重载初值，不断输出PWM脉冲
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM14, ENABLE);                                //自动重载使能                        

    /* TIM14 enable counter */
    TIM_Cmd(TIM14, ENABLE);

}

void adc_init(void)
{
    //使能GPIOA的硬件时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  
    
    //使能ADC1硬件时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    /* 配置ADC1通道5为模拟输入引脚 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                                        //第5号引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;                                    //引脚设置为模拟输入，能够识别更加广范围的电平(0V~3.3V任何电压)
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* ADC常规的初始化 */
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                        //独立模式，在当前的通道5只采用1个ADC硬件进行工作
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;                        //ADC硬件的工作时钟= APB2(84MHz)/2=42MHz
    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;            //禁止DMA
    //ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;    //如果采用多个ADC对某一个通道进行采样的时候，才需要设置
    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
    
    
    /* ADC1初始化*/
    ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;                            //12位精度，非常重要
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                                    //因不需要DMA，则不需要使用自动扫描模式。当前使用软件触发一次，则扫描一次                                
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                                //模拟数字转换器一直工作
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;        //禁止触发检测，不需要外部引脚电平识别来让ADC硬件工作
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;                            //右对齐
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;                                        //执行一次转换结果
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
    /* 指定ADC1常规通道5的采样时间，采样时间 = 3个ADC时钟时间 = 3* (1/42MHz)*/
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);

    /* Enable ADC1，使能ADC1 */
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

}

光敏电阻

 原理

光敏电阻的工作原理：光照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。

应用案例：手机自动亮度，根据的光照的强度来动态调整手机屏幕的亮度。

二，DAC

#include <stdio.h>
#include "stm32f4xx.h"
#include "sys.h"

static GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStructure;

static NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure;

static USART_InitTypeDef  USART_InitStructure;

static ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
static ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;

static DAC_InitTypeDef      DAC_InitStructure;


//重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{     
    USART_SendData(USART1,ch);
    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);  
    
    return ch;
}   

void delay_us(uint32_t nus)
{        
    uint32_t temp;             
    SysTick->LOAD =SystemCoreClock/8/1000000*nus;     //时间加载               
    SysTick->VAL  =0x00;                            //清空计数器
    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;         //使能滴答定时器开始倒数      
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));            //等待时间到达   
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;         //关闭计数器
    SysTick->VAL =0X00;                               //清空计数器 
}

void delay_ms(uint16_t nms)
{                     
    uint32_t temp;           
    SysTick->LOAD=SystemCoreClock/8/1000*nms;        //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
    SysTick->VAL =0x00;                               //清空计数器
    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;        //能滴答定时器开始倒数 
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));            //等待时间到达   
    SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;        //关闭计数器
    SysTick->VAL =0X00;                               //清空计数器              
} 

void USART1_Init(uint32_t baud)
{
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);                             //使能GPIOA时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);                            //使能USART1时钟
 
    //串口1对应引脚复用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);                         //GPIOA9复用为USART1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);                         //GPIOA10复用为USART1
    
    //USART1端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;                         //GPIOA9与GPIOA10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;                                    //复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                                //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                                     //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;                                     //上拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);                                             //初始化PA9，PA10

    //USART1 初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;                                        //波特率设置
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;                        //字长为8位数据格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;                            //一个停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;                                //无奇偶校验位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;    //无硬件数据流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;                    //收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                                         //初始化串口
    
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                                      //使能串口1 
    
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);                                    //开启相关中断

    //Usart1 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;                                //串口1中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;                            //抢占优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;                                //子优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                    //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                                                    //根据指定的参数初始化VIC寄存器
}



void adc_init(void)
{

    /* Enable ADC,and GPIO clocks ,使能ADC与GPIO的时钟*/ 
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    /* Configure ADC1 Channel3 pin as analog input ，配置ADC1的通道3作为模拟输入引脚*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;        //模拟输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    
    /* ADC Common Init ，ADC的常规初始化*/
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                        //独立模式，在当前的通道5只能使用ADC1进行扫描，不需要二重/三重扫描
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;                        //ADC硬件的工作时钟=APB2(84MHz)/2=42MHz
    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;            //禁止DMA
    //ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;    //如果采用二重/三重采样的时候，才需要设置
    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

    

    /* ADC1 Init ，ADC1初始化*/
    ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;                            //12位精度，非常重要[*]
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                                    //因不需要多重采样，则不需要连续扫描
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;                                //模拟数字转换器一直工作
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;        //禁止外部触发进行模拟转换工作
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;                            //存储的数据以右对齐的方式进行存储[*]
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;                                        //执行一次转换结果
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);


    /* ADC1 regular channel3 configuration,指定ADC1常规通道3的采样时间，使用3个ADC时钟时间*/
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_3, 1, ADC_SampleTime_3Cycles);

    /* Enable ADC1，使能ADC1 */
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

}


void dac_init(void)
{

    /* DAC Periph clock enable ,DAC硬件时钟使能*/
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
    
    //GPIOA的硬件时钟使能
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  

    //设置PA4引脚为模拟信号引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    /* DAC channel1 Configuration ，DAC通道1的初始化*/
    DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_None;                        //不依赖其他定时器来触发DAC硬件的输出，通过软件触发输出电压值
    DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;            //不需要输出任何的波形，电压值是由程序来决定
    DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable;            //输出使能
    DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
    
    /* Enable DAC Channel2 使能DAC的通道1*/
    DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
    
    /* Set DAC channel1 DHR12RD register，设置DAC的输出值以12位的右对齐方式，也就是设置DAC输出的电压值， */
    DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);

}


int main(void)
{
    uint32_t adc_vol=0;
    uint32_t adc_val=0;
    uint32_t dac_vol=0;
    
    //系统定时器初始化，时钟源来自HCLK，且进行8分频，
    //系统定时器时钟频率=168MHz/8=21MHz
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); 
        
    //设置中断优先级分组2
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
    //串口1,波特率115200bps,开启接收中断
    USART1_Init(115200);

    //adc初始化
    adc_init();
    
    //dac初始化
    dac_init();
    
    printf("This is adc dac test
");
    
    while(1)
    {
        dac_vol+=100;
        
        //使用DAC1输出自定义的电压值
        DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, dac_vol*4095/3300);
        
        printf("dac vol=%dmv
",dac_vol);
        
        if(dac_vol >=3300)
            dac_vol=0;
        
        //延时
        delay_ms(500);        
        
        //启动ADC1进行转换
        ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
        
        
        //等待转换结束
        while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)==RESET);
        
        
        
        //获取结果值
        adc_val=ADC_GetConversionValue(ADC1);
        
        //将结果值转换为电压值
        adc_vol = adc_val *3300/0xFFF;
        
        
        //将电压值进行打印输出
        printf("adc vol=%dmv
",adc_vol);
        
        
        //延时
        delay_ms(500);

    }

}