基于STM32F103驅動DAC1220 20位/16位DAC數模轉換模塊輸出可調±10V基準和三角波信號
一、DAC1220模塊簡介
DAC1220是一款在一定溫度范圍內，能實現20位或16位線性轉換的低功耗串行數模轉換器。原理上利用Σ-△技術實現其線性特性，可軟件配置為16位輸入模式和20位輸入模式。20位輸入時，建立時間可在15ms內達到0.003%；16位輸入時，建立時間最大可在2ms內達到0.012%。輸出電壓最大為外部參考電壓的2倍, 片上自校準電路可動態減少失調和增益誤差，最大輸出線性誤差僅為±0.0015%。DAC1220采用同步串行接口，單一轉換系統只需2根信號線控制即可，多轉換系統需要片選信號配合。采用單電源供電(+5V，cM0s結構保證其低功耗特性，具有低噪聲線性誤差小、溫漂小等特點。DAC1220可用于工業控制或高精度檢測、測量系統。
特性
- 供電電壓：5V
- 通訊協議：SPI串行
- DAC分辨率位數：20位 / 16位，軟件切換
- 輸出通道數：1個
- 輸出電壓范圍：±10V
- 輸出電壓驅動能力：10mA
- 基準電壓：2.5V
- 電壓建立時間：16位：2ms，20位：15ms
應用場景
二、DAC1220模塊接口說明
| V+ | 輸入正 |
|---|---|
| GND | 輸入負 |
| SCLK | 串行時鐘輸入 |
| SDIO | 串行數據輸入/輸出 |
| CS | 片選 |
三、功能框圖和時序圖分析說明
功能框圖
時序圖
DAC1220 的 SPI 不是標準 SPI，它是 SDIO 半雙工 3 線接口，SDIO 既當 MOSI（輸入） 又當 MISO（輸出）。
Figure 9：CS 始終拉低時的寫入/讀取時序（不使用 CS）
寫寄存器數據：SDIO = 輸入模式，每個字節按 bit7→bit0 依次從 SDIO 寫入，在 SCLK 上升沿采樣。
讀寄存器數據：SDIO 在讀階段變成輸出，SDIO 輸出 OUTM（MSB）、OUT1...OUT0，MCU 在 SCLK 上升沿讀取。
Figure 10：使用 CS 的時序
CS 拉低開始通信，SCLK 工作期間保持 CS 低，CS 拉高結束通信，這個版本更像“普通 SPI”，更好實現。
Figure 11：SDIO 從輸入到輸出切換時序
MCU 必須在切換期間把 SDIO 設置為：寫階段：SDIO = 輸出，讀階段：SDIO = 輸入，否則會導致總線沖突 → 芯片損壞風險。
四、主要寄存器說明
DAC1220 中有四個寄存器，命令寄存器（CMR）、數據輸入寄存器（DIR）、偏移校準寄存器（OCR）、滿量程校準寄存器（FCR）。每個讀/寫命令由 1 字節命令 + N 字節數據 組成。
命令字節格式：R/W (bit7), MB(bits6–5: 表示要讀/寫 1/2/3 字節), ADR(bits3–0: 起始寄存器地址)。也就是說可以讀/寫寄存器映射中的連續字節（如寫 DIR 的 3 個字節或讀 OCR 的 3 字節），下圖為命令字格式和起始寄存器地址。
命令寄存器（CMR）：用于配置工作模式，分辨率選擇，濾波等參數。寫入后在最后一個 SCLK 的下降沿生效。
數據輸入寄存器（DIR）：決定正常模式下的輸出電壓。在睡眠模式下，寫入此寄存器不會影響輸出，但其值會被存儲。進入正常模式后，DIR中的值立即生效。復位后，DIR的值將為零。
偏移校準寄存器（OCR）和滿量程校準寄存器（FCR）：
偏移校準寄存器包含一個 24 位二進制補碼值。在 DAC 轉換之前，該值會加到 DIR 寄存器中的值上。在睡眠模式下，寫入此寄存器不會影響輸出，但該值會被存儲。進入正常模式后，OCR 中的值立即生效。復位后，OCR 的值為零。
滿量程校準寄存器存儲增益校準常數。在 DAC 轉換之前，DIR 寄存器的內容會乘以該值進行調整。在睡眠模式下，寫入此寄存器不會影響輸出，但該值會被存儲。進入正常模式后，FCR 中的值立即生效。
五、STM32F103驅動DAC1220數模轉換
準備工作
STM32F103C8T6開發板，DAC1220數模轉換模塊，OLED屏幕。
接線說明
| STM32F103C8T6 | DAC1220 |
|---|---|
| 5V | V+ |
| GND | GND |
| PA0 | SCLK |
| PA1 | SDIO |
| PA2 | CS |
| PB8 | OLED->SCL |
| PB9 | OLED->SDA |
代碼示例
dac1220.c
#include "DAC1220.h"
u32 TriangleWave_Value[256]={
0 ,8192 , 16384 , 24576 , 32768 , 40960 , 49152 , 57344 , 65536 , 73728 , 81920 , 90112 , 98304 , 106496 ,
114688 , 122880 , 131072 , 139264 , 147456 , 155648 , 163840 , 172032 , 180224 , 188416 , 196608 , 204800 ,
212992 , 221184 , 229376 , 237568 , 245760 , 253952 , 262144 , 270336 , 278528 , 286720 , 294912 , 303104 ,
311296 , 319488 , 327680 , 335872 , 344064 , 352256 , 360448 , 368640 , 376832 , 385024 , 393216 , 401408 ,
409600 , 417792 , 425984 , 434176 , 442368 , 450560 , 458752 , 466944 , 475136 , 483328 , 491520 , 499712 ,
507904 , 516096 , 524288 , 532480 , 540672 , 548864 , 557056 , 565248 , 573440 , 581632 , 589824 , 598016 ,
606208 , 614400 , 622592 , 630784 , 638976 , 647168 , 655360 , 663552 , 671744 , 679936 , 688128 , 696320 ,
704512 , 712704 , 720896 , 729088 , 737280 , 745472 , 753664 , 761856 , 770048 , 778240 , 786432 , 794624 ,
802816 , 811008 , 819200 , 827392 , 835584 , 843776 , 851968 , 860160 , 868352 , 876544 , 884736 , 892928 ,
901120 , 909312 , 917504 , 925696 , 933888 , 942080 , 950272 , 958464 , 966656 , 974848 , 983040 , 991232 ,
999424 , 1007616 , 1015808 , 1024000 , 1032192 , 1040384 , 1048576 ,1040384 , 1032192 , 1024000 , 1015808 , 1007616 ,
999424 , 991232 , 983040 , 974848 , 966656 , 958464 , 950272 , 942080 , 933888 , 925696 , 917504 , 909312 , 901120 , 892928 ,
884736 , 876544 , 868352 , 860160 , 851968 , 843776 , 835584 , 827392 , 819200 , 811008 , 802816 , 794624 , 786432 , 778240 ,
770048 , 761856 , 753664 , 745472 , 737280 , 729088 , 720896 , 712704 , 704512 , 696320 , 688128 , 679936 , 671744 , 663552 ,
655360 , 647168 , 638976 , 630784 , 622592 , 614400 , 606208 , 598016 , 589824 , 581632 , 573440 , 565248 , 557056 , 548864 ,
540672 , 532480 , 524288 , 516096 , 507904 , 499712 , 491520 , 483328 , 475136 , 466944 , 458752 , 450560 , 442368 , 434176 ,
425984 , 417792 , 409600 , 401408 , 393216 , 385024 , 376832 , 368640 , 360448 , 352256 , 344064 , 335872 , 327680 , 319488 ,
311296 , 303104 , 294912 , 286720 , 278528 , 270336 , 262144 , 253952 , 245760 , 237568 , 229376 , 221184 , 212992 , 204800 ,
196608 , 188416 , 180224 , 172032 , 163840 , 155648 , 147456 , 139264 , 131072 , 122880 , 114688 , 106496 , 98304 , 90112 ,
81920 , 73728 , 65536 , 57344 , 49152 , 40960 , 32768 , 24576 , 16384 , 8192
};
void DAC1220_IO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( DAC_SCL_CLK|DAC_SDA_CLK|DAC_CS_CLK|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE );
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC_SCL_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DAC_SCL_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC_SDA_PIN;
GPIO_Init(DAC_SDA_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC_CS_PIN;
GPIO_Init(DAC_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);
DAC_CS = 0;
}
void SDA_OUT(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC_SDA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DAC_SDA_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
void SDA_IN(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DAC_SDA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DAC_SDA_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
void DAC1220_Write_Byte(uint8_t out_data)
{
uint8_t index;
SDA_OUT();
DAC_SCLK=0;
DAC_SDIO=0;
for(index=0;index< 8;index++)
{
delay_us(5);
DAC_SCLK=1;
if((out_data&0x80)==0x80)
{
DAC_SDIO=1;
}
else
{
DAC_SDIO=0;
}
out_data=out_data< 1; //數據移位
delay_us(5);
DAC_SCLK=0; //鎖存數據
}
}
uint8_t DAC1220_Read_Byte(void)
{
uint8_t data=0,index=0;
SDA_IN();
DAC_SCLK=0;
for(index=0;index< 8;index++)
{
delay_us(5);
DAC_SCLK=1;
data< <=1;
if(R_DAC_SDIO)
data++;
delay_us(5);
DAC_SCLK=0; //鎖存數據
}
delay_us(5);
return data;
}
/*復位DA*/
void DAC1220_Reset(void)
{
DAC_SCLK = 0;
delay_us(10);
//****//
//SCLK復位模式
//DAC1220沒有專用的復位引腳。
//相反，它包含一個等待特殊模式出現在SCLK上的電路，并在檢測到特殊模式時觸發內部硬件復位線。
//此模式稱為SCLK重置模式。
//這種模式與SCLK上通常出現的時鐘模式有很大的不同，在正常工作時不太可能被意外檢測到。CS低有效
//詳見DAC1220.PDF:頁11：Table 5. Reset Timing Characteristics
DAC_SCLK = 1;
delay_us(600*TXIN);
DAC_SCLK = 0;
delay_us(20*TXIN);
DAC_SCLK = 1;
delay_us(1100*TXIN);
DAC_SCLK = 0;
delay_us(20*TXIN);
DAC_SCLK = 1;
delay_us(2100*TXIN);
DAC_SCLK = 0;
//****//
delay_us(10);
}
void DAC1220_Init(void)
{
uint8_t command; //緩存命令字節
DAC1220_IO_Init();
DAC1220_Reset();
DAC1220_Self_Calibration();//自校準
command=0x04;
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
DAC1220_Write_Byte(0x00);
delay_us(10);
command=0x05;
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
DAC1220_Write_Byte(0xA0); //配置成正常20位模式，(直接二進制)Straight binary
delay_us(10);
}
void DAC1220_WDAT(uint32_t dat)
{
uint8_t command;
if(dat > 1048575)
dat = 1048575;
dat = dat< 4;
delay_us(10);
command=0x00; //DIR高字節
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
command=(dat >>16)&0X00FF; //寫DIR高位數據
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
command=0x01; //寫中位數據
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
command=(dat >>8)&0X00FF;
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
command=0x02; //寫低位數據
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
command=(dat >>0)&0X00FF;
DAC1220_Write_Byte(command);
delay_us(10);
}
void DAC1220_Self_Calibration(void) //自校準
{
DAC1220_Write_Byte(0x04);//寫命令 寄存器高字節
delay_us(10);
DAC1220_Write_Byte(0x00);//校準期間輸出將斷開
delay_us(10);
DAC1220_Write_Byte(0x05);//寫命令 寄存器低字節
delay_us(10);
DAC1220_Write_Byte(0xA1); //配置成20位模式，(直接二進制)Straight binary 校準模式
delay_ms(600); //等待校準
DAC1220_Write_Byte(0x85);//讀命令 寄存器低字節
delay_us(10);
while((DAC1220_Read_Byte()&0x03)!=0) //檢測校準是否完成
{
delay_ms(500);
}
}
void DAC1220VolWrite(float v)
{
uint32_t dacData;
dacData=mapfloat(v,-10.0,10.0,0,1048575);
DAC1220_WDAT(dacData);
}
/*
************************************************************
* 函數名稱： mapfloat
*
* 函數功能： 將一個區間內的值，映射到另一個區間
*
* 入口參數： x輸入值、
* in_min輸入最小值，
* in_max輸入最大值，
* out_min輸出最小值，
* out_max輸出最大值。
* 返回參數： 映射后的值
* 說明：
************************************************************/
uint32_t mapfloat(float x, float in_min, float in_max, uint32_t out_min, uint32_t out_max)
{
uint32_t out;
out=(x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
return out;
}
main.c
#include "stm32_config.h"
#include "stdio.h"
#include "DAC1220.h"
#include "timer.h"
#include "oled.h"
#include "key.h"
uint8_t Num;
int32_t Vol = 1000;
uint16_t dacValue = 0;
int main(void)
{
MY_NVIC_PriorityGroup_Config(NVIC_PriorityGroup_2); //設置中斷分組
delay_init(72); //初始化延時函數
OLED_Init();
Key_Init();
Timer_Init();
DAC1220_Init();
delay_ms(100);
OLED_ShowString(1,5,"DAC1220");
while(1)
{
//電壓輸出
Vol += Key_GetNum();
OLED_ShowSignedNum(2,1,Vol,5);
DAC1220VolWrite((float)Vol/1000);
//三角波輸出
// DAC1220_WDAT(TriangleWave_Value[dacValue]);
// dacValue++;
// if(dacValue >= 256) dacValue = 0;
}
}
void TIM2_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
{
Num++;
if(Num > 20)
{
Key_Loop();
Num = 0;
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
}
}
效果展示
六、注意事項與常見問題
注意事項：
- 模塊供電電源不超過5.5V。
- 由于模塊是高精度器件，為了避免不必要的干擾，建議 使用線性電源供電。
- 輸出信號線建議使用SMA對應接口。接口不匹配容易導致接觸不良，劣質的線材可能導致信號衰減或者噪聲過大。
- 如需簡單測試模塊功能,建議搭配本店控制板使用，正確接線后給控制板供電即可實現模擬電壓輸出。
常見問題：
Q: 模塊輸出電壓是多少？輸出電壓的驅動能力是多少?
A: 目前模塊的電路能輸出±10V，驅動能力10mA以內。
Q: 用電壓表測試電壓正常，接上負載后電壓降低是什么情況?
A: 由于模塊只有10mA的驅動能力，當負載功率大時，輸出電壓就會被拉低。
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