Comando diretto del DAC

In figura è riportato lo schema a blocchi del convertitore digitale-analogico (DAC) presente sui microcontrollori STM32L4:

L'elemento più importante è il convertitore R-2R a 12 bit. A titolo esemplicativo qui sotto si riporta lo schema elettrico di un convertitore R-2R a 3 bit:

Si osserva come il valore di Vref e i valori dei bit influenzino il valore Vout. In generale se N è il numero di bit e D è il valore digitale in ingresso al DAC (D è quindi compeso tra 0 e 2N-1 estremi inclusi) la tensione di uscita è

Vout = Vref*D/2N

Tornando al convertitore digitale-analogico (DAC) a 12 bit presente sui microcontrollori STM32L4, se la tensione Vref è impostata a 3.3 V e D è un numero compreso tra 0 e (212-1), i valori di tensione di uscita si determinano con la relazione:

Vout = Vref*D/212

Per esempio, se viene inserito il numero D=500, Vout = 0.40283 V. Se si incrementa di 1 il valore contenuto in D, la variazione di tensione è ΔV = 0.00081 V.

Il convertitore digitale-analogico (DAC) presente sui microcontrollori STM32L4 può lavorare anche a risoluzione diversa. Le risoluzioni possibili sono:

  • N=8 bit con  allineamento a destra
  • N=12 bit con allineamento a sinistra
  • N=12 bit con allineamento a destra

L'allineamento dei dati nei registri a 32 bit è importante quando il DAC è utilizzato in combinazione con altre periferiche come, per esempio, la memoria tramite DMA (argomento però di un'altra esercitazione)

L'esempio che segue mostra come è possibile mandare un valore di tensione variabile nel tempo sul piedino PA4 di uscita del DAC

Aprire l'STMCubeIDE e creare un nuovo progetto per la scheda NUCLEO-L452RE-P. Successivamente andare a destra sulla piedinatura del microcontrollore e cliccare sul piedino PA4 selezionendo la funzionalità DAC1_OUT1. Il piedino resterà di colore giallo perché il DAC non è ancora abilitato.

Aprire la scheda Analog sulla sinistra, successivamente cliccare su DAC1 e attivare la modalità di funzionamento "only to external PIN". A questo punto la colorazione del pin PA4 diventa verde.

Salvare per generare il codice e aprire main.c e aggiungere le righe di codice evidenziate in grassetto all'interno della sezione /* USER CODE BEGIN 2*/ e /* USER CODE END 2 */
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* <h2><center>&copy; Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
* All rights reserved.</center></h2>
*
* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
* the "License"; You may not use this file except in compliance with the
* License. You may obtain a copy of the License at:
* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
DAC_HandleTypeDef hdac1;

UART_HandleTypeDef huart2;

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);
static void MX_DAC1_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */

/* USER CODE END 1 */

/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();

/* USER CODE BEGIN Init */

/* USER CODE END Init */

/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();

/* USER CODE BEGIN SysInit */

/* USER CODE END SysInit */

/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART2_UART_Init();
MX_DAC1_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */

HAL_DAC_Start(&hdac1, DAC_CHANNEL_1); // CODICE DA AGGIUNGERE
int D = 500; // CODICE DA AGGIUNGERE
HAL_DAC_SetValue(&hdac1, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, D); // CODICE DA AGGIUNGERE


/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}

/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

/** Configure the main internal regulator output voltage
*/
if (HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 10;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}

/**
* @brief DAC1 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_DAC1_Init(void)
{

/* USER CODE BEGIN DAC1_Init 0 */

/* USER CODE END DAC1_Init 0 */

DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

/* USER CODE BEGIN DAC1_Init 1 */

/* USER CODE END DAC1_Init 1 */
/** DAC Initialization
*/
hdac1.Instance = DAC1;
if (HAL_DAC_Init(&hdac1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** DAC channel OUT1 config
*/
sConfig.DAC_SampleAndHold = DAC_SAMPLEANDHOLD_DISABLE;
sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_NONE;
sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE;
sConfig.DAC_ConnectOnChipPeripheral = DAC_CHIPCONNECT_DISABLE;
sConfig.DAC_UserTrimming = DAC_TRIMMING_FACTORY;
if (HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac1, &sConfig, DAC_CHANNEL_1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN DAC1_Init 2 */

/* USER CODE END DAC1_Init 2 */

}

/**
* @brief USART2 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_USART2_UART_Init(void)
{

/* USER CODE BEGIN USART2_Init 0 */

/* USER CODE END USART2_Init 0 */

/* USER CODE BEGIN USART2_Init 1 */

/* USER CODE END USART2_Init 1 */
huart2.Instance = USART2;
huart2.Init.BaudRate = 115200;
huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
huart2.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;
huart2.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;
if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN USART2_Init 2 */

/* USER CODE END USART2_Init 2 */

}

/**
* @brief GPIO Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, SMPS_V1_Pin|SMPS_SW_Pin, GPIO_PIN_RESET);

/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(LD4_GPIO_Port, LD4_Pin, GPIO_PIN_RESET);

/*Configure GPIO pin : B1_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = B1_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(B1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

/*Configure GPIO pins : SMPS_V1_Pin SMPS_SW_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = SMPS_V1_Pin|SMPS_SW_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

/*Configure GPIO pin : SMPS_PG_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = SMPS_PG_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(SMPS_PG_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

/*Configure GPIO pin : LD4_Pin */
GPIO_InitStruct.Pin = LD4_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(LD4_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

Una volta completato l'inserimento, compilare e caricare il codice nella scheda Nucleo come si è fatto precedentemente (per esempio nell'esercizio blink (blocking mode) ).

Le righe di codice aggiunto nella sezione tra /* USER CODE BEGIN 2 */ e  /* USER CODE END 2*/ sono:

  • HAL_DAC_Start(&hdac1, DAC_CHANNEL_1);

che fa accendere il DAC
  • int D = 500;
che inizializza il valore corrispondente al valore di tensione voluto in uscita
  • HAL_DAC_SetValue(&hdac1, DAC_CHANNEL_1, DAC_ALIGN_12B_R, D);
che utilizza la funzione di libreria HAL_DAC_SetValue che carica il valore D nel DAC.
Il valore DAC_CHANNEL_1 indica quale canale di uscita del DAC attivare (nel nostro caso l'unico valore ammissibile è DAC_CHANNEL_1, altri convertitori digitali-analogici presenti in altre MPU posseggono due canali di uscita, in questo caso il secondo canale è attivato inserendo DAC_CHANNEL_2).
Il valore DAC_ALIGN_12B_R indica che il valore è gestito come un valore a 12 bit (quindi il DAC lavorerà a 12 bit) allineato a destra. Altri valori possibili sono DAC_ALIGN_12B_L in cui l'allineamento è a sinistra e DAC_ALIGN_8B_R  con il quale il DAC lavorerà a 8 bit con il valore allineato a destra.

Fonti:

La lezione proposta è in parte la traduzione riadattata del tutorial di Khaled Magdy pubblicato alla pagina https://deepbluembedded.com/stm32-dac-tutorial-example-hal-code-analog-signal-genreation/

Ultime modifiche: lunedì, 21 marzo 2022, 20:31