用STM32 DAC打造嵌入式波形发生器：从原理到实战的完整指南

你有没有遇到过这样的场景？需要一个正弦信号驱动传感器，或者想生成一段音频提示音，但手头又没有函数发生器。买一块专用芯片成本高、体积大，通信协议还麻烦——其实，如果你正在使用STM32，答案就在你的MCU里。

是的，STM32内置的DAC模块，足以胜任大多数基础模拟信号输出任务。它不仅能省下BOM成本和PCB空间，还能通过软件灵活控制波形类型、频率和幅度。本文将带你彻底搞懂如何利用STM32的DAC外设，结合DMA与定时器，构建一个真正“零CPU干预”的高效波形发生系统。

我们不堆术语，不照搬手册，而是像调试自己的项目一样，一步步讲清楚：
怎么配？为什么这么配？常见坑在哪？还能怎么升级？

STM32的DAC到底能干啥？

先别急着写代码。我们得明白，STM32片内的DAC不是玩具，而是一个具备实用价值的模拟输出工具。

以常见的STM32F4系列为例（比如F407），它集成了两个12位电压模式DAC通道（CH1在PA4，CH2在PA5）。这意味着：

• 分辨率高达4096级，在3.3V参考电压下，最小步进约0.8mV；
• 转换速率可达数百kHz，足够覆盖音频范围甚至部分中频应用；
• 支持软件触发、定时器触发或外部事件启动，实现精确时序控制；
• 关键的是：支持DMA自动传输，一旦启动，几乎不需要CPU参与。

换句话说，只要准备好数据表，设置好定时器节奏，剩下的就交给硬件去跑吧。

📌 提示：并不是所有STM32都带DAC。F1系列部分型号只有基本DAC，F3/F4/L4等中高端型号才具备完整功能。选型时务必查《Reference Manual》确认。

核心机制：查表 + 定时刷新 + DMA搬运

要想让DAC持续输出一个平滑波形，最常用的方法就是“查表法”——预先计算好一个周期内的采样点，存成数组，然后按固定时间间隔依次送入DAC。

整个流程如下：

[波形数据表] → [DMA] → [DAC寄存器] → [模拟输出] ↑ [定时器每N微秒触发一次]

这个结构的核心优势在于：CPU只负责初始化，后续完全由硬件自主运行。即使你同时处理串口、USB、显示更新，也不会影响波形稳定性。

那具体怎么搭这套系统呢？我们拆开来看。

实战第一步：生成正弦波查找表

正弦波是最典型的测试信号。我们先来构造一个包含256个点的正弦波采样表。

#define WAVE_TABLE_SIZE 256 uint16_t sine_wave[WAVE_TABLE_SIZE]; void GenerateSineTable(void) { for (int i = 0; i < WAVE_TABLE_SIZE; ++i) { float angle = 2.0f * M_PI * i / WAVE_TABLE_SIZE; sine_wave[i] = (uint16_t)((sinf(angle) + 1.0f) * 2047.5f); } }

📌 解读一下这行关键映射：

(sinf(angle) + 1.0f) * 2047.5f

• sinf()输出范围是 [-1, 1]，加1后变为 [0, 2]
• 乘以 2047.5 ≈ 4095/2，最终落在 [0, 4095] 区间
• 正好对应12位DAC的输入范围（0–4095）

💡 小技巧：如果板子没FPU，可以用预计算表替代实时sinf调用，节省资源。

第二步：配置DAC并启用DMA输出

接下来是HAL库的标准操作流程。我们需要做三件事：

1. 使能时钟，配置PA4为模拟引脚；
2. 初始化DAC句柄；
3. 启动DMA传输模式。

DAC_HandleTypeDef hdac; static void MX_DAC_Init(void) { __HAL_RCC_DAC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 配置PA4为模拟输入（防止干扰） GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; gpio.Pin = GPIO_PIN_4; gpio.Mode = GPIO_MODE_ANALOG; gpio.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio); // 初始化DAC hdac.Instance = DAC; HAL_DAC_Init(&hdac); // 配置通道参数 DAC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; sConfig.DAC_Trigger = DAC_TRIGGER_T6_TRGO; // 触发源：TIM6 TRGO sConfig.DAC_OutputBuffer = DAC_OUTPUTBUFFER_ENABLE; HAL_DAC_ConfigChannel(&hdac, &sConfig, DAC_CHANNEL_1); // 启动DMA传输（循环模式） HAL_DAC_Start_DMA(&hdac, DAC_CHANNEL_1, (uint32_t*)sine_wave, WAVE_TABLE_SIZE, DAC_ALIGN_12B_R); }

重点看这一句：

HAL_DAC_Start_DMA(...)

它做了什么？
- 把sine_wave数组首地址告诉DMA；
- 设置传输长度为256；
- 每次DAC准备就绪时，DMA自动推送下一个值；
- 到达末尾后自动回绕——实现无限循环！

从此以后，CPU再也不用操心“该送哪个数了”。

第三步：定时器精准打拍子

光有数据不行，还得有个节拍器来决定“多久更新一次”。

这里我们选择TIM6作为触发源。它是基本定时器，专为DAC/ADC同步设计，不会产生中断，避免抢占CPU。

TIM_HandleTypeDef htim6; static void MX_TIM6_Init(void) { __HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE(); htim6.Instance = TIM6; htim6.Init.Prescaler = 84 - 1; // 84MHz / 84 = 1MHz htim6.Init.Period = 100 - 1; // 1MHz / 100 = 10kHz 更新率 HAL_TIM_Base_Init(&htim6); // 启动定时器（仅用于触发，不开启中断） HAL_TIM_Base_Start(&htim6); }

现在，TIM6每100μs发出一次TRGO信号，DAC收到后立即启动下一次转换。

最终输出频率是多少？

$$ f_{out} = \frac{f_{update}}{N} = \frac{10\,kHz}{256} \approx 39.06\,Hz $$

也就是说，每秒刷新1万个点，组成256个点的波形，大约每秒画39遍。

✅ 成功！此时PA4上已经出现稳定的39Hz正弦波。

扩展玩法：不只是正弦波

掌握了查表+DMA框架，换波形就跟换皮肤一样简单。

三角波怎么搞？

上升段线性增加，下降段线性减少即可：

void GenerateTriangleWave(uint16_t *table, uint32_t size) { uint32_t half = size / 2; for (uint32_t i = 0; i < half; i++) { table[i] = (i * 4095) / half; // 上升 table[half + i] = 4095 - (i * 4095) / half; // 下降 } }

锯齿波更简单

直接单调递增：

for (int i = 0; i < size; i++) { table[i] = (i * 4095) / size; }

方波也能玩出花样

虽然GPIO翻转更快，但用DAC可以输出“软边沿”方波，抑制EMI：

for (int i = 0; i < size; i++) { table[i] = (i < size/2) ? 0 : 4095; }

还可以动态切换波形类型，比如通过按键或串口命令实时切换当前输出波形。

如何调节频率和幅度？

幅度调节：运行时缩放

不需要重新生成表！可以在DMA传输前加一层缩放：

float amp_ratio = 0.5f; // 50% 幅度 for (int i = 0; i < WAVE_TABLE_SIZE; i++) { scaled_table[i] = base_table[i] * amp_ratio + offset; }

或者更高级的做法：使用外部运放配合DAC输出，实现程控增益放大（PGA）。

频率调节：硬核玩家的选择

目前我们的频率受限于“定时器分频 + 查找表长度”。要实现精细调频怎么办？

引入DDS思想（Direct Digital Synthesis）！

核心思路：
- 使用相位累加器，每次增加一个“相位增量”；
- 增量越大，跳得越快，频率越高；
- 结合CORDIC算法或查表插值，可实现亚赫兹级分辨率。

例如，用TIM2作高速计数器，每微秒触发一次，再配合相位步进来索引波形表，就能轻松做到0.1Hz步进调节。

常见问题与避坑指南

❌ 波形毛刺多、阶梯感明显？

这是典型问题。DAC输出本质是阶跃信号，高频成分丰富。

✅ 解决方案：
- 加一级RC低通滤波器（如1kΩ + 10nF，截止≈16kHz）；
- 或者更优：采用二阶巴特沃斯滤波器，平坦响应更好；
- 提高采样点数至512或1024，减小台阶宽度。

❌ 输出频率不准？

往往是定时器配置错误或中断干扰导致。

✅ 注意事项：
- 确保使用主定时器时钟（APB1 TIMxCLK），别被RCC倍频搞晕；
- 关闭不必要的中断，尤其是高优先级任务；
- 推荐使用TIM6/TIM7这类专用于DAC触发的基本定时器，纯净无扰。

❌ 多通道不同步？

双路输出时若相位错乱，检查以下几点：
- 是否使用同一触发源（如TIM6 TRGO）；
- 两路DMA是否同时启动；
- 数据表长度是否一致。

建议统一用HAL_DAC_Start_DMA分别开启两路，并确保配置对称。

设计细节决定成败

别以为硬件配置完就万事大吉。下面这些工程细节，往往决定了你的波形质量能不能上得了台面。

特别是VREF+，很多开发者图省事直接用VDDA（3.3V）当参考，但其波动可能超过±5%，严重影响线性度。高精度场合务必外接稳压基准。

还能怎么玩得更大？

这套基础架构只是起点。一旦掌握，你可以把它扩展成真正的便携式仪器。

✅ 教学实验平台

学生可通过修改查找表直观理解奈奎斯特采样定理：“采样点太少会发生什么？”——自己动手试一遍就知道。

✅ 传感器激励源

为压电陶瓷、超声探头提供精确频率驱动，配合ADC采集回波，构成简易测距系统。

✅ 音频信号发生器

生成扫频音、双音多频（DTMF）信号，用于音响调试或通信测试。

✅ 自动化测试设备（ATE）

集成到产线测试工装中，作为标准信号源验证电路响应。

未来升级方向也很清晰：
- 加LCD触摸屏，做成手持式波形仪；
- 引入浮点单元实时合成波形，摆脱查表依赖；
- 联动ADC实现闭环校准；
- 移植到STM32L4等低功耗平台，用于电池供电边缘节点。

写在最后

你看，STM32不只是用来点灯、串口打印、跑RTOS的。当你开始挖掘它的外设潜力，比如把DAC+DMA+定时器组合起来，你会发现：很多原本需要额外芯片解决的问题，其实早就集成在你手里的MCU里了。

这篇文章从零搭建了一个完整的嵌入式波形发生系统，涵盖了原理、代码、调试和优化全过程。希望你不仅能复制这段代码跑通实验，更能理解背后的设计逻辑——

什么时候该用DMA？什么时候必须关中断？为什么选TIM6而不是TIM2？

这才是嵌入式开发的真正乐趣所在。

如果你已经在项目中实现了类似功能，欢迎留言分享你的应用场景或优化技巧。也欢迎提出疑问，我们一起探讨如何把这块小小的DAC发挥到极致。