【雅特力AT-START-F437开发板测评】08使用GPIO驱动R2R产生正弦波

怀揣少年梦

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背景

本人主要考虑AT32F437 GPIO的翻转速度为72M，那么用来产生任意波形，频率应该挺高的，但是没有考虑到需要更新电压值，因此波形频率不高。

一、DAC R2R介绍

1、原理

1）等效电阻

如图所示，从D0-D7端口，看过去，左边的电阻值一直是R(1K）；也就是说，整个输出阻抗为R；

2）推导公式

a、假如只有R38 R39 两个电阻，那么Vout = 1/2Vd0;

b、假如只有R38 R39 R40 R47，根据戴维南定理，R38和R39 等效为一个1/2的VCC电压源和一个电阻R串联；

OPc5zgxWsvcAAAAASUVORK5CYII=

那么从Vd1的电压=1/2（Vd1+1/2Vd0) = 1/4Vd0 + 1/2 Vd1

最后得出来的公式如下：

D0*Vcc/256+D1*Vcc/128+D2*Vcc/64+D3*Vcc/32+D4*Vcc/16+D5*Vcc/8+D6*Vcc/4+D7*Vcc/2；就可以利用这个公式来产生信号;

参考文章：R2R DAC 梯形数到模拟教程 |泰克 (tek.com)

2、硬件原理图

bnpd8lU2++j8qi+sn48gteQAAAABJRU5ErkJggg==

二、程序编写

1、使用定时器中断更新电压值

定时器程序

uint16_t dac_out[32] = {128, 154, 178, 201, 221, 237, 248, 255, 
                                                255, 252, 243, 229, 211, 190, 166, 141, 
                                                115, 90, 66, 45, 27, 13, 4, 0, 
                                                1, 8, 19, 35, 55, 78, 102, 128};

uint16_t dac_out_BIG[32] = {
32768, 39424, 45568, 51456, 56576, 60672, 63488, 65280, 
65535, 64512, 62208, 58624, 54016, 48640, 42496, 36096, 
29440, 23040, 16896, 11520, 6912, 3328, 1024, 0, 
256, 2048, 4864, 8960, 14080, 19968, 26112, 32768};
uint8_t g_speed = FAST;
void button_exint_init(void);
void button_isr(void);
crm_clocks_freq_type crm_clocks_freq_struct = {0};
void dac_init(void) {
    gpio_init_type gpio_init_struct;
  crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOE_PERIPH_CLOCK, TRUE);

  gpio_default_para_init(&gpio_init_struct);

  /* configure the uart tx pin */
  gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;
  gpio_init_struct.gpio_out_type  = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;
  gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
  gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_8 | GPIO_PINS_9 | GPIO_PINS_10 | GPIO_PINS_11 | GPIO_PINS_12| GPIO_PINS_13| GPIO_PINS_14| GPIO_PINS_15;
  gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
  gpio_init(GPIOE, &gpio_init_struct);
    
    gpio_bits_reset(GPIOE,0xff00);
}

void timer_init(uint32_t counter) {
      /* get system clock */
    
  crm_clocks_freq_get(&crm_clocks_freq_struct);

  /* turn led2/led3/led4 on */

  /* enable tmr1 clock */
  crm_periph_clock_enable(CRM_TMR5_PERIPH_CLOCK, TRUE);

  /* tmr1 configuration */
  /* time base configuration */
  tmr_base_init(TMR5, counter,1);
  tmr_cnt_dir_set(TMR5, TMR_COUNT_UP);

  /* overflow interrupt enable */
  tmr_interrupt_enable(TMR5, TMR_OVF_INT, TRUE);

  /* tmr1 hall interrupt nvic init */
  nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
  nvic_irq_enable(TMR5_GLOBAL_IRQn, 1, 0);

  /* enable tmr1 */
  tmr_counter_enable(TMR5, TRUE);
}

2、直接更新法

int main(void)
{
  system_clock_config();

  at32_board_init();

  button_exint_init();
    dac_init();
//    timer_init(1);

  while(1)
  {
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[0];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[1];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[2];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[3];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[4];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[5];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[6];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[7];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[8];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[9];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[10];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[11];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[12];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[13];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[14];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[15];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[16];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[17];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[18];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[19];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[20];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[21];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[22];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[23];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[24];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[25];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[26];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[27];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[28];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[29];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[30];
        GPIOE->odt = dac_out_BIG[31];
//        at32_led_toggle(LED2);
//        delay_ms(1000);
//        gpio_bits_write(GPIOE,GPIO_PINS_15,TRUE);
        //gpio_port_write(GPIOE,(0x80 << 8) & 0xff00);
  }
}

三、验证

1、定时器方式

1）定时器预装载值为999；分频值为239；

频率为37.5Hz

2）定时器预装载值为1；分频值为239；

频率为18.8KHz

3）定时器预装载值为1；分频值为2；

频率为93.5Khz;

2、直接更新主程序

总结：使用32个点来模拟SIN信号，根据实测，最大频率只有1M；因此使用GPIO口来驱动R2R产生比较高频率的信号，不可行。看来还是需要使用FPGA来进行驱动R2R，进行提高信号输出频率。

工程文件：