STM32Cubev6 PWM-DAC

2021-02-15 00:04 作者:僚机Wingplane 0人读过 | 我要投稿

工作环境：

STM32CubeMXv6

Keil5

有时候，单片机自带的DAC可能不够用，需要多路DAC外扩DAC成本又会高不少。此时，我们可以利用PWM+简单的无源RC滤波来实现DAC输出，从而节省成本。在精度要求不是很高的时候，PWM+无源RC滤波的DAC输出方式，是一种非常廉价的解决方案。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。PWM波的波形可以通过分段函数表示为公式1：

其中:T是单片机中计数脉冲的基本周期，也就是单片机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，也就是单片机的ARR-1 的值。n是PWM波一个周期中高电平的计数脉冲个数，也就是单片机的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项为大干1次的高次谐波分量式2中的直流分量与成线性关系，并随着，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。

假设n的最小变化为1，当N=65536的时候，分辨率就是16位。而stm32单片机的定时器大部分都是16位的，可以很容易得到这么高的分辨率，要注意的是分辨率越高，速度就越慢。

在16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3.3/65536=0.00005035400390625V。

假设VH为3.3V，VL为0V，那么一次谐波的最大值是2*3.3/15=0.44V，这就要求我们的RC滤波电路提供至少-20lg(0.44/0.00005035400390625)=-78dB的衰减。

STM32F722的定时器最快的计数频率是216Mhz，某些定时器只能到108M，所以我们以108M频率为例，16位分辨率的时候，PWM频率为108M/65535=1.648Khz。如果是1阶RC 滤波，则要求截止频率0.6hz,如果为2阶RC 滤波，则要求截止频率为8hz。二阶RC滤波截止频率计算公式为：f=1/2πRC。

PWM输出的相关配置可以参照这篇文章配置