10. DAC 输出

📝本节您将了解 DAC（数模转换）的工作原理，学习如何配置 MSPM0G3519 的 DAC 外设，实现输出指定大小的模拟电压。

🏆本章目标

1️⃣ 理解 DAC 的工作原理和输出电压计算

2️⃣ 了解 MSPM0G3519 的 DAC 外设资源

3️⃣ 通过 SysConfig 配置 DAC 输出

4️⃣ 实现输出固定电压和简易正弦波形

10.1 DAC 基本概念

DAC（Digital-to-Analog Converter，数模转换器）是 ADC 的逆操作——将数字值转换为对应的模拟电压输出。

MCU 内部的运算结果是数字量，某些应用需要将其转换为模拟信号输出到外部电路（如音频信号、控制电压、波形发生等），这就需要 DAC。

输出电压计算

输出电压 = DAC数字值 × Vref / (2^分辨率 - 1)

（注：MSPM0 DAC 采用直二进制模式，满量程值 0xFFF 对应 Vref）

对于 12-bit DAC，Vref = 3.3V：

输出电压 = DAC值 × 3.3 / 4095

DAC 数字值	输出电压
0	0V
1024	≈ 0.825V
2048	≈ 1.65V
4095	3.3V

反向计算（目标电压 → DAC 值）

DAC值 = 目标电压 × 4095 / 3.3

例如需要输出 1.5V：DAC 值 = 1.5 × 4095 / 3.3 ≈ 1861

10.2 MSPM0G3519 DAC 资源

MSPM0G3519 内置 12-bit DAC 模块：

参数	规格
分辨率	12-bit（0~4095）
输出通道	1 路
参考电压	VDDA（取决于板级供电，天巧星为 3.3V）/ 内部参考（1.4V / 2.5V）
输出引脚	PA15
建立时间	数微秒级
输出驱动	内置缓冲运放（可选）

DAC vs PWM 模拟输出

DAC 和 PWM+滤波都可以实现模拟电压输出，但有本质区别：

DAC：真正的模拟输出，无纹波，响应快，适合波形生成
PWM+RC 滤波：数字方波经低通滤波后近似模拟，有纹波残留，适合简单的直流电平控制

10.3 SysConfig 配置 DAC

10.3.1 添加 DAC 外设

打开 .syscfg 文件
左侧面板找到 DAC12 选项卡
点击 ADD 添加 DAC 实例

10.3.2 配置参数

参数	设置值	说明
Name	`DAC0`	实例名称
Output Resolution	`12-bit resolution`	12 位分辨率
Positive Voltage Reference	`VDDA`	正参考电压 3.3V
Negative Voltage Reference	`VSSA`	负参考电压接模拟地
Enable DAC Output	勾选	使能 DAC 输出
Input Data Format	`Binary representation`	直二进制格式
DAC And Output Amplifier	`Output and Input amplifiers on`	使能输入/输出缓冲运放
DAC12 Output Pin	`PA15/8`	输出引脚为 PA15
DAC12 Peripheral	`DAC0`	外设实例号

保存并编译。

输出缓冲

DAC And Output Amplifier 选项使能内置运放缓冲，可以增强输出驱动能力，使其能直接驱动较大负载。如果 DAC 输出仅接到高阻抗输入（如 ADC 输入、运放输入），可以不使能以降低功耗。

10.4 DAC 相关函数

常用 DAC DriverLib 函数

设置 DAC 输出值：

void DL_DAC12_output12(DAC12_Regs *dac, uint32_t value);

设置 12-bit DAC 输出值（0~4095）。

使能 DAC 输出：

void DL_DAC12_enable(DAC12_Regs *dac);

禁止 DAC 输出：

void DL_DAC12_disable(DAC12_Regs *dac);

10.5 实验一：输出固定电压

输出 1.65V（VDD 的一半）：

#include "ti_msp_dl_config.h"

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    // 使能 DAC
    DL_DAC12_enable(DAC0);

    // 输出 1.65V：4095 × 1.65 / 3.3 ≈ 2047.5，四舍五入取 2048
    DL_DAC12_output12(DAC0, 2048);

    while (1) {
        // DAC 输出后无需反复更新，让 CPU 进入低功耗等待
        __WFI();  // Wait For Interrupt，未使能中断时仅短暂唤醒
    }
}

使用万用表测量 PA15 引脚电压，应接近 1.65V。

可变电压输出

通过串口接收指令，动态调整 DAC 输出电压：

串口配置

本实验依赖 UART0 串口通信，SysConfig 中需同时配置 DAC12 和 UART（UART 配置参考第 5 章串口通信，中断使能宏为 UART_0_INST_INT_IRQN）。

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

volatile uint8_t rx_buf[8];
volatile uint8_t rx_idx = 0;
volatile uint8_t rx_done = 0;
// rx_done 和 rx_idx 为单字节变量，在 M0+ 内核中读写不会被中断打断

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    NVIC_EnableIRQ(UART_0_INST_INT_IRQN);
    DL_DAC12_enable(DAC0);

    char buf[64];
    uart_send_string("DAC Ready. Send voltage in mV (0-3300):\r\n");

    while (1) {
        if (rx_done) {
            rx_done = 0;
            rx_buf[rx_idx] = '\0';

            // 解析输入的毫伏值
            uint32_t mv = atoi((char *)rx_buf);
            if (mv > 3300) mv = 3300;  // 上限钳位

            // 换算为 DAC 值
            uint16_t dac_val = (uint16_t)(mv * 4095 / 3300);
            DL_DAC12_output12(DAC0, dac_val);

            sprintf(buf, "Set: %u mV (DAC: %u)\r\n", (unsigned int)mv, dac_val);
            uart_send_string(buf);
            rx_idx = 0;
        }
    }
}

void UART0_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_UART_Main_getPendingInterrupt(UART_0_INST)) {
        case DL_UART_MAIN_IIDX_RX: {
            uint8_t ch = DL_UART_Main_receiveData(UART_0_INST);
            if (ch == '\r' || ch == '\n') {
                rx_done = 1;
            } else if (rx_idx < 7) {
                rx_buf[rx_idx++] = ch;
            }
            break;
        }
        default:
            break;
    }
}

10.6 实验二：输出正弦波

利用 DAC 快速更新输出值，可以生成简单的波形。以下示例生成正弦波（使用查找表避免实时计算三角函数）：

#include "ti_msp_dl_config.h"

// 64 点正弦波查找表（中心值 2048，幅值 2047）
// 公式：table[i] = 2048 + 2047 × sin(2π × i / 64)
// 预计算避免运行时调用三角函数，节省 CPU 时间
const uint16_t sin_table[64] = {
    2048, 2249, 2447, 2642, 2831, 3013, 3185, 3347,
    3495, 3630, 3750, 3853, 3939, 4007, 4056, 4085,
    4095, 4085, 4056, 4007, 3939, 3853, 3750, 3630,
    3495, 3347, 3185, 3013, 2831, 2642, 2447, 2249,
    2048, 1847, 1649, 1454, 1265, 1083,  911,  749,
     601,  466,  346,  243,  157,   89,   40,   11,
       1,   11,   40,   89,  157,  243,  346,  466,
     601,  749,  911, 1083, 1265, 1454, 1649, 1847
};

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    DL_DAC12_enable(DAC0);

    uint8_t idx = 0;

    while (1) {
        DL_DAC12_output12(DAC0, sin_table[idx]);
        idx = (idx + 1) & 0x3F;  // 0~63 循环

        // 每点耗时 = delay_cycles(500) 约 15.6μs + 循环开销约 1μs ≈ 16.5μs
        // 完整周期 = 64 点 × 16.5μs ≈ 1.06ms → 频率约 940Hz
        delay_cycles(500);  // 500 / 32MHz = 15.6μs
    }
}

波形频率计算

波形频率 = 1 / (采样点数 × 每点间隔时间)

64 个采样点，每点间隔约 16.5μs：

周期 = 64 × 16.5μs ≈ 1.06ms
频率 ≈ 940Hz（接近 1kHz）

调整 delay_cycles 的参数可改变输出频率。更快的更新速率需配合定时器中断或 DMA。

验证正弦波

如果有示波器，可以观察 PA15 引脚的波形，应看到近似正弦波。没有示波器也可通过以下方法验证：

用万用表交流档测量 PA15，读数应在 0~3.3V 范围跳动
或继续学习下一节的 DAC + ADC 联动实验，用板载 ADC 验证

10.7 DAC + ADC 联动验证

用杜邦线将 PA15（DAC 输出）连接到 PA14（ADC 输入），即可让板子自己验证自己的 DAC 输出：

（注意：MSPM0G3519 的 ADC1 Channel 0 内部直连 DAC_OUT，但本示例使用 ADC0 Channel 12（PA14）便于接线和 SysConfig 配置。）

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include <stdio.h>

void uart_send_string(const char *str)
{
    while (*str) {
        while (DL_UART_Main_isBusy(UART_0_INST));
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();

    // 使能 ADC 外设中断（仅外设级，不开 NVIC，用 polling 轮询）
    DL_ADC12_enableInterrupt(ADC12_0_INST, DL_ADC12_INTERRUPT_MEM0_RESULT_LOADED);

    char buf[64];
    uint16_t dac_values[] = {0, 1024, 2048, 3072, 4095};

    while (1) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            // DAC 输出
            DL_DAC12_output12(DAC0, dac_values[i]);
            delay_cycles(3200000);  // 等待 100ms 稳定

            // ADC 四步轮询读取（参见第 9 章 ADC）
            // ① startConversion：启动一次转换
            // ② 轮询 IIDX：等待 MEM0_RESULT_LOADED 标志
            // ③ getMemResult：读取转换结果
            // ④ enableConversions：重新使能，准备下次转换
            DL_ADC12_startConversion(ADC12_0_INST);
            while (DL_ADC12_getPendingInterrupt(ADC12_0_INST) != DL_ADC12_IIDX_MEM0_RESULT_LOADED) {
                // 等待转换完成
            }
            uint16_t adc_val = DL_ADC12_getMemResult(ADC12_0_INST, DL_ADC12_MEM_IDX_0);
            DL_ADC12_enableConversions(ADC12_0_INST);

            uint32_t dac_mv = (uint32_t)dac_values[i] * 3300 / 4095;
            uint32_t adc_mv = (uint32_t)adc_val * 3300 / 4095;

            sprintf(buf, "DAC: %u (%u mV) -> ADC: %u (%u mV)\r\n",
                    dac_values[i], (unsigned int)dac_mv, adc_val, (unsigned int)adc_mv);
            uart_send_string(buf);
        }

        uart_send_string("---\r\n");
        delay_cycles(32000000);  // 1 秒后重复
    }
}

DAC 输出值和 ADC 读数应非常接近（误差通常在几个 LSB 以内）。

10.8 知识总结

内容	说明
DAC 功能	数字值 → 模拟电压
分辨率	12-bit（0~4095）
输出范围	0V ~ Vref（3.3V）
电压计算	V = DAC值 × 3.3 / 4095
反向计算	DAC值 = V × 4095 / 3.3
波形生成	查找表 + 定时更新
输出缓冲	驱动低阻负载时需使能

DAC 使你能够输出精确可控的模拟电压。下一章将学习 DMA（直接内存访问），实现数据在外设和内存之间的自动搬运，进一步释放 CPU 资源。

电赛TI：简易PID入门项目

显示类

传感器类

无线通信类

控制类

10. DAC 输出 ​

10.1 DAC 基本概念 ​

输出电压计算 ​

反向计算（目标电压 → DAC 值） ​

10.2 MSPM0G3519 DAC 资源 ​

10.3 SysConfig 配置 DAC ​

10.3.1 添加 DAC 外设 ​

10.3.2 配置参数 ​

10.4 DAC 相关函数 ​

10.5 实验一：输出固定电压 ​

可变电压输出 ​

10.6 实验二：输出正弦波 ​

10.7 DAC + ADC 联动验证 ​

10.8 知识总结 ​