HPMicro MCU片上DAC使用指南

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HPMicro MCU片上DAC使用指南

1. 引言

DAC是数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter)，它是一种将数字信号转换为模拟信号(以电流、电压或电荷的形式)的设备。在很多数字系统中(例如计算机，单片机)，信号以数字方式存储和传输，而数字模拟转换器可以将这样的信号转换为模拟信号，从而使得它们能够被外界(人或其他非数字系统)识别。

2. HPMicro MCU片上DAC具有的特点

最大1MHz更新率
12位分辨率
内置DMA
支持中断
支持多种工作模式：直接模式、阶梯模式、内存模式

5. HPMicro MUC片上DAC具有的工作模式

直接模式（direct mode）
- 通过写12位数值到寄存器中，直接控制DAC输出相应电压
阶梯模式（step mode）
- DAC输出电压从起始值到终止值
- 可递增或递减
- 阶梯值可配置
- 到达终止值时，可控制DAC停止在终止值或回到起始值继续
- 最多支持4组阶梯配置，每组可独立配置
内存模式（buffer mode）
- 内存长度可设置，以4字节为单位
- 内存数据结构，可设置为32位表示1个点或2个点，低16位为第一个点，高16位为第二个点
- 内置DMA通过访问两段内存，以内存长度为单位，交替读取数据并控制DAC输出相应电压

6. 如何通过HPM SDK来使用HPMicro MCU片上的DAC？

DAC管脚初始化
- 设置指定管脚IO PAD的FUNC_CTL寄存器的BIT8(IOC_PAD_FUNC_CTL_ANALOG_MASK)，用于隔离指定管脚所复用的数字功能
  
  以HPM6300为例，PC03既有数字功能, 也有模拟功能：
  
  因此对于此管脚需要使用模拟功能时，就需要隔离数字功能，程序设置如下:
```
void init_dac_pins(DAC_Type *ptr)
{
    if (ptr == HPM_DAC) {
      HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PC03].FUNC_CTL = IOC_PAD_FUNC_CTL_ANALOG_MASK;
  }
}
```
DAC时钟初始化
- DAC时钟结构，HPMicro MCU的所有系列的用户手册上的功能时钟章节中都有时钟结构框图，如下图所示：
  
  注：
  - 目前HPMicro MCU片上DAC的时钟结构一般都具有两级（部分型号只有第二级），第一级为BUS时钟或者ANAn时钟，第二级为DAC时钟
  - BUS为AHB或AXI，由MCU的设计决定，具体可通过查阅SYSCTL寄存器中的DACCLK的MUX选择位来确认
- 设置DAC的输入时钟, 用于配置BUS时钟或者ANAn时钟
  示例：以HPM6300为例，选择166MHz的ANA3时钟作为DAC0的输入时钟
  a) 设置PLL0输出400MHz, 再设置CLK_TOP_ANA3时钟来源于PLL0CLK1的2分频输出, 因此得到166MHz的时钟
```
pllctlv2_init_pll_with_freq(HPM_PLLCTLV2, pllctlv2_pll0, 400000000);                /* PLL0 400MHz */
pllctlv2_set_postdiv(HPM_PLLCTLV2, pllctlv2_pll0, pllctlv2_clk1, pllctlv2_div_1p2); /* PLL0CLK1 333MHz */
clock_set_source_divider(clock_ana3, clk_src_pll0_clk1, 2)                          /* ANA3 166MHz */
```
  b) 选择ANA3时钟作为DAC0的输入时钟
```
clock_set_dac_source(clock_dac0, clk_dac_src_ana3);
```

DAC初始化

DAC初始化分为两部分，模拟部分和数字部分, 其中模拟部分为通用属性，而数字部分分为三种模式：直接模式、阶梯模式、内存模式，下面以阶梯模式为例进行说明：

设置DAC通用属性

a) 通用设置结构体定义

typedef struct {
    bool sync_mode;    /* 用于标记DAC的输入时钟与BUS时钟是否相同 */
    uint8_t dac_mode;  /* 用于设置DAC工作模式，可以选择直接模式、阶梯模式、内存模式 */
    uint8_t ana_div;   /* 用于设置DAC输入时钟分频系数 */
} dac_config_t;

b) 示例：设置DAC以阶梯模式输出，标记输入时钟与BUS不同

dac_config_t config;

dac_get_default_config(&config);  /* 默认设置ana_div为2分频 */
config.dac_mode = dac_mode_step;
config.sync_mode = false;
dac_init(BOARD_DAC_BASE, &config);

使能DAC

dac_enable_conversion(BOARD_DAC_BASE, true);

设置阶梯模式属性

a) 阶梯模式属性

阶梯模式设置结构体定义，如下：

typedef struct {
  uint16_t start_point;  /* 起始点 */
  uint16_t end_point;    /* 终止点 */
  uint8_t round_mode;    /* 循环方式： 0表示步进停止，1表示步进循环 */
  uint8_t up_down;       /* 步进方向： 0表示向上，1表示向下 */
  uint8_t step_num;      /* 步进值 */
} dac_step_config_t;

示例：向上递增，从0起点到最大值点，步进量为1，步进循环

dac_step_config_t config0;

printf("Set DAC to output data in step mode\n");
printf("DAC is outputting a saw tooth waveform in step mode\n");

/* saw tooth waveform */
config0.up_down = dac_step_up;
config0.start_point = 0;
config0.end_point = DAC_SOC_MAX_DATA;
config0.step_num = 1;
config0.round_mode = dac_round_mode_loop;

dac_set_step_config(BOARD_DAC_BASE, DAC_STEP_CFG_IDX, &config0);
dac_set_output_frequency(BOARD_DAC_BASE, clock_get_frequency(BOARD_APP_DAC_CLOCK_NAME), DAC_SOC_MAX_OUTPUT_FREQ);

b）触发源

硬件触发：通过硬件触发源，经过互联管理器（trigmux）到达DAC，触发DAC启动转换
- 具体指的是对于所选择的互联管理器的外设进行初始化（此处不做详解）

软件触发：通过调用如下API, 即可完成一次软件触发DAC转换

dac_set_step_sw_trigger(BOARD_DAC_BASE, 0); /* 软件触发阶梯模式的GROUP0 */

中断事件
DAC中断事件的定义如下：

#define DAC_AHB_ERROR_EVENT     DAC_IRQ_EN_AHB_ERROR_MASK     /** AHB总线异常事件 */
#define DAC_FIFO_EMPTY_EVENT    DAC_IRQ_EN_FIFO_EMPTY_MASK    /** 缓冲模式缓冲区为空事件 */
#define DAC_BUF1_COMPLETE_EVENT DAC_IRQ_EN_BUF1_CMPT_MASK     /** 缓冲模式缓冲区1完成事件 */
#define DAC_BUF0_COMPLETE_EVENT DAC_IRQ_EN_BUF0_CMPT_MASK     /** 缓冲模式缓冲区0完成事件 */

此处，由于此篇文章仅讨论阶梯模式，未涉及相关中断，因此不对中断进行展开讨论

波形观察

根据上述设置，通过示波器测量DAC的输出管脚，观察所得如下波形：

HPMicro MCU片上DAC使用指南

1. 引言

2. HPMicro MCU片上DAC具有的特点

5. HPMicro MUC片上DAC具有的工作模式

6. 如何通过HPM SDK来使用HPMicro MCU片上的DAC？

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