单片机使用数字模拟转换器（DAC）进行音频合成和波形生成
单片机使用数字模拟转换器（DAC）进行音频合成和波形生成
1 数字模拟转换器（DAC）的主要特点
1.1 概述
本文的MCU基于Arm®公司的Cortex®核心的MCU产品集成了具有不同配置和特点的DAC：
一到三个输出通道
噪声波形生成
三角波形生成
DMA（直接内存访问）运行结束标志
专用模拟时钟 有关不同DAC配置的详细信息，请参阅对应的MCU数据手册和参考手册。
1.2 数据格式
如图1所示，DAC接受三种整数格式的数据：8位（数据保持寄存器的低8位），12位右对齐（数据保持寄存器的低12位），以及12位左对齐（数据保持寄存器的高12位）。
模拟输出电压在每个DAC通道输出上由以下公式确定：
$$DACOutput = VREF \times \frac{DOR}{4096}$$
1.3 双通道模式
注意：此特性仅支持至少嵌入两个DAC的产品。
DAC有两个输出通道，每个通道都有自己的转换器。在双DAC通道模式下，转换可以独立或同时进行。 当DAC通道由同一触发源触发时，两个通道将被组合在一起进行同步更新操作，并且转换将同时完成。
1.4 专用定时器
除了软件和外部触发器，DAC转换还可以由不同的定时器触发。 TIM6和TIM7是基本定时器，旨在用于DAC触发。 每当DAC接口在选定的定时器触发输出（TIMx_TRGO）上检测到上升沿时，存储在DAC_DHRx寄存器中的最后数据将被传输到DAC_DORx寄存器（以MCU为示例）。
1.5 DMA（直接内存访问）
MCU至少拥有一个具有多个通道（流）的DMA模块。每个DAC通道（流）都连接到一个独立的DMA通道。例如，微控制器中有4个DAC通道，DAC通道1连接到DMA通道3，而DAC通道2连接到DMA通道4。
当不使用DMA时，CPU被用来向DAC提供与要生成的波形相关的数字代码。这个代码存储在RAM中，或者存储在嵌入式非易失性（NV）存储器中，然后CPU将数据从存储器传输到DAC。
当使用DMA（直接内存访问）时，系统的总体性能会通过释放CPU来提高。这是因为数据是由DMA从内存移动到DAC（数字模拟转换器），而无需CPU进行任何操作。这样，CPU资源就可以用于其他操作。
1.6 DMA运行不足错误
当DMA被用来向DAC提供波形的数字代码时，可能会出现DMA传输速度比DAC转换速度慢的情况。在这些情况下，DAC检测到一部分波形数据尚未接收且无法转换，然后会设置“DMA运行不足错误”标志。
1.7 白噪声生成器
1.7.1 定义
MCU的DAC具有一个伪随机码生成器，如图5所示。 根据移位寄存器上使用的抽头，可以生成最多2^n-1个数字的序列，直到序列重复。
图5 DMA嵌入的伪随机码发生器
图6说明了DAC的伪随机码生成器产生的噪声特性。白噪声是指在所有频率上具有相同功率的随机信号，其频谱是平坦的。这里提到的“平坦的频谱