pwm实现dac

本文介绍了PWM(脉冲宽度调制)如何通过滤波器实现低精度DAC(数模转换)功能,特别是在STM32芯片中,利用PWM节省成本替代DAC。通过解析PWM波形和分辨率计算,阐述了PWM作为DAC的转换原理和分辨率提升的可能性。

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pwm与dac的区别:
PWM是脉冲宽度调制,也就是频率固定,占空比可变,信号就是方波,只有高低电平,相当于数字信号,而DAC是模拟输出,输出信号在一定程度上和一定范围内可以认为是连续可变的,但是PWM可以通过滤波器实现低精度的DAC功能
pwm实现dac的优点:
STM32很多型号是没有DAC的。通常情况下,采用专用的D/A芯片来实现,但是这样就会带来成本的增加。但是STM32所有的芯片都有PWM输出,并且PWM输出通道很多,资源丰富。因此,我们可以使用PWM+简单的RC滤波来实现DAC的输出从而节省成本。

实际电路的典型 PWM 波形,如图 :
在这里插入图片描述
高电平阶段:计数器当前值从0-CCRx阶段(总时间=CCRx*每两个计数之间的间隔时间);
低电平阶段:计数器当前值从CCRx-ARR-1阶段(总时间=(ARR-1-CCRx)每两个计数之间的间隔时间)。如果PWM内容如果不太懂,可以参考链接:【STM32】通用定时器的PWM输出(实例:PWM输出)。根据PWM的波形,可以用分段函数来进行表示:
在这里插入图片描述
其中:T 是单片机中计数脉冲的基本周期,也就是 STM32 定时器的计数

### STM32 使用 PWM 实现 DAC 功能 PWM(脉宽调制)是一种用于控制输出信号平均电压的技术,通过改变占空比可以调节输出电平。虽然STM32内置有DAC模块可以直接生成模拟信号,但在某些情况下,使用PWM配合低通滤波器也可以实现类似的DAC功能。 #### 配置PWM作为伪DAC 为了使PWM能够模仿DAC的功能,在硬件方面需要连接一个简单的RC低通滤波器来平滑PWM输出的方波,从而得到近似的直流电压[^1]。对于软件部分,则需设置定时器以产生不同占空比的PWM波形,进而对应不同的期望输出电压等级。 下面是一个基于STM32CubeMX初始化外设后的简单C语言代码片段,展示如何创建具有可变占空比特性的PWM通道: ```c // 定义变量存储目标占空比百分比 (0~100%) float dutyCyclePercentage; void setup_PWM(void){ // 假定已经由STM32CubeMX完成了TIMx时基单元的基础配置 /* 设置自动重装载寄存器 */ __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htimX, ARR_VALUE); /* 更新CCR寄存器值以设定新的占空比 */ CCR_VALUE = (__HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&htimX)) * (dutyCyclePercentage / 100); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htimX, TIM_CHANNEL_X, CCR_VALUE); } /* 调整PWM占空比函数 */ void set_pwm_duty_cycle(float percentage){ if(percentage >= 0 && percentage <= 100){ dutyCyclePercentage = percentage; // 计算并更新比较匹配值 uint32_t newCompareValue = (__HAL_TIM_GET_AUTORELOAD(&htimX)) * (dutyCyclePercentage / 100); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htimX, TIM_CHANNEL_X, newCompareValue); } } ``` 此段代码中`setup_PWM()`负责初次配置PWM参数,而`set_pwm_duty_cycle()`允许动态更改PWM的占空比,以此间接影响经过外部滤波网络之后所获得的有效DC电压水平[^2]。 值得注意的是,这种方法产生的“模拟”输出精度取决于PWM周期内的分辨率以及使用的滤波元件特性。如果追求更高的线性度和稳定性,建议还是采用真正的DAC模块。
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