STM32定时器输出PWM做DAC

知晓编程

上一节介绍了STM32定时器产生PWM波的用法，PWM波有很多种用途，如控制LED的亮度，控制电机的转速等。还有一个常用的功能就是做DAC（数模转换器）用。有时候，项目中可能会需要输出多路电压信号，而外部的多路DAC芯片会增加不少成本，如果对输出信号的精度等要求不高，这时可以用PWM??加低通滤波器的方式实现DAC的功能。
原理
     根据PWM的波形，可以用分段函数来表示：

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PWM函数表达式
    将该函数展开为傅里叶级数，可以得到:

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PWM波函数展开傅里叶级数
    可以看到，上式中的第一项为直流分量，第二项为一次谐波，第三项为高次谐波的和。用低通滤波器将谐波部分滤掉后，只剩直流分量，即为需要输出的电压值。直流分量的电压取决于n的变化，当n从0变化到N时，对应的电压值为VL变化到VH。
STM32设计
    对于STM32来说就是占空比0～100%对应电压0～3.3V（电源电压）。因此DAC的电压分辨率就等于占空比的分辨率，占空比的调节范围为0～Period（计数周期），Period越大，分辨率就越高。但是由于单片机主频是一定的，Period越大，PWM的频率就越低，就需要设计更低截止频率的低通滤波器才可以将谐波分量滤除干净，但截止频率越低，DAC的响应速度就越慢。因此，DAC的分辨率、PWM的频率、低通滤波器的截止频率、DAC的响应速度这些参数都是相互关键的，实际应用中，要根据具体需要来进行设计。
校准
    用PWM做DAC存在一个问题就是其一致性较差。由于输出电压的精度主要取决于单片机电源电压VDD的精度，而一般的电源芯片电压精度都不高。这里提供一种自动校准的方法来提高DAC精度和一致性：
    当单片机有基准电压VREF引脚时，该引脚接一个外部基准电压芯片，单片机ADC采集电源电压，计算出其准确值，并根据电源电压和需要输出的电压计算占空比。
    当单片机没有基准电压引脚时，在单片机的ADC端口接一个外部基准电压芯片，同时采集基准电压和电源电压，用基准电压来校准电源电压，再根据电源电压和需要输出的电压计算占空比。