單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復(fù)雜工控場景設(shè)計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復(fù)用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發(fā)板的更多詳細信息，包括產(chǎn)品特性、技術(shù)參數(shù)以及價格等，歡迎訪問官方網(wǎng)頁，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第二十六章 DAC——輸出正弦波

本章參考資料：《W55MH32參考手冊》DAC章節(jié)。

學(xué)習本章時，配合《W55MH32參考手冊》DAC章節(jié)一起閱讀，效果會更佳，特別是涉及到寄存器說明的部分。

1 DAC簡介

DAC為數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊，故名思議，它的作用就是把輸入的數(shù)字編碼，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓輸出，它的功能與ADC相反。 在常見的數(shù)字信號系統(tǒng)中，大部分傳感器信號被化成電壓信號，而ADC把電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成易于計算機存儲、處理的數(shù)字編碼， 由計算機處理完成后，再由DAC輸出電壓模擬信號，該電壓模擬信號常常用來驅(qū)動某些執(zhí)行器件，使人類易于感知。如音頻信號的采集及還原就是這樣一個過程。

W55MH32具有片上DAC外設(shè)，它的分辨率可配置為8位或12位的數(shù)字輸入信號，具有兩個DAC輸出通道，這兩個通道互不影響， 每個通道都可以使用DMA功能，都具有出錯檢測能力，可外部觸發(fā)。

2 DAC功能框圖剖析

W55MH32的DAC模塊框圖如下：

整個DAC模塊圍繞框圖下方的“數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器x”展開，它的左邊分別是參考電源的引腳：VDDA、 VSSA及VREF+， 其中W55MH32的DAC規(guī)定了它的參考電壓:math:V_{ref +}輸入范圍為2.4——3.3V。 “數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器x”的輸入為DAC的數(shù)據(jù)寄存器“DORx”的數(shù)字編碼，經(jīng)過它轉(zhuǎn)換得的模擬信號由圖中右側(cè)的“DAC_OUTx”輸出。 而數(shù)據(jù)寄存器“DORx”又受“控制邏輯”支配，它可以控制數(shù)據(jù)寄存器加入一些偽噪聲信號或配置產(chǎn)生三角波信號。圖中的左上角為DAC的觸發(fā)源， DAC根據(jù)觸發(fā)源的信號來進行DAC轉(zhuǎn)換，其作用就相當于DAC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)，它可以配置的觸發(fā)源為外部中斷源觸發(fā)、定時器觸發(fā)或軟件控制觸發(fā)。 如本章實驗中需要控制正弦波的頻率，就需要定時器定時觸發(fā)DAC進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2.1 參考電壓

與ADC外設(shè)類似，DAC也使用VREF+引腳作為參考電壓， 在設(shè)計原理圖的時候一般把VSSA接地，把VREF+和VDDA 接3.3V， 可得到DAC的輸出電壓范圍為：0~3.3V。

如果想讓輸出的電壓范圍變寬，可以在外部加一個電壓調(diào)理電路，把0~3.3V的DAC輸出抬升到特定的范圍即可。

2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換及輸出通道

框圖中的“數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器x”是核心部件，整個DAC外設(shè)都圍繞它而展開。它以左邊的VREF+作為參考電源， 以DAC的數(shù)據(jù)寄存器“DORx”的數(shù)字編碼作為輸入，經(jīng)過它轉(zhuǎn)換得的模擬信號由右側(cè)的“DAC_OUTx”通道輸出。其中各個部件中的“x”是指設(shè)備的標號， 在W55MH32中具有2個這樣的DAC部件，每個DAC有1個對應(yīng)的輸出通道連接到特定的引腳，即：PA4-通道1，PA5-通道2，為避免干擾，使用DAC功能時， DAC通道引腳需要被配置成模擬輸入功能（AIN）。

2.3 觸發(fā)源及DHRx寄存器

在使用DAC時，不能直接對上述DORx寄存器寫入數(shù)據(jù)，任何輸出到DAC通道x的數(shù)據(jù)都必須寫入到DHRx寄存器中（其中包含DHR8Rx、DHR12Lx等， 根據(jù)數(shù)據(jù)對齊方向和分辨率的情況寫入到對應(yīng)的寄存器中）。

數(shù)據(jù)被寫入到DHRx寄存器后，DAC會根據(jù)觸發(fā)配置進行處理，若使用硬件觸發(fā)，則DHRx中的數(shù)據(jù)會在3個APB1時鐘周期后傳輸至DORx， DORx隨之輸出相應(yīng)的模擬電壓到輸出通道；若DAC設(shè)置為外部事件觸發(fā)，可以使用定時器（TIMx_TRGO）、 EXTI_9信號或軟件觸發(fā)（SWTRIGx）這幾種方式控制數(shù)據(jù)DAC轉(zhuǎn)換的時機，例如使用定時器觸發(fā)，配合不同時刻的DHRx數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)DAC輸出正弦波的功能。

3 DAC初始化結(jié)構(gòu)體詳解

在W55MH32的標準庫中，把控制DAC相關(guān)的各種配置封裝到了結(jié)構(gòu)體DAC_InitTypeDef中， 它主要包含了DAC_CR控制寄存器的各寄存器位的配置，見代碼清單:DAC-1 ：

代碼清單:DAC-1 DAC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體

typedef struct {
    /*DAC觸發(fā)方式 */
    uint32_t DAC_Trigger;

    /*是否自動輸出噪聲或三角波 */
    uint32_t DAC_WaveGeneration;

    /*選擇噪聲生成器的低通濾波或三角波的幅值 */
    uint32_t DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude;

    /*選擇是否使能輸出緩沖器 */
    uint32_t DAC_OutputBuffer;

} DAC_InitTypeDef;

各個結(jié)構(gòu)體成員的介紹如下，解說中各模式后括號內(nèi)的英文為該模式在標準庫中使用宏：

DAC_Trigger

本成員用于配置DAC的觸發(fā)模式，當DAC產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)事件時，才會把DHRx寄存器的值轉(zhuǎn)移到DORx寄存器中進行轉(zhuǎn)換。 本結(jié)構(gòu)體成員可以選擇的觸發(fā)模式如下：硬件觸發(fā)模式（DAC_Trigger_None），DHRx寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)會在3個APB1時鐘周期內(nèi)自動轉(zhuǎn)換至DORx進行轉(zhuǎn)換； 定時器觸發(fā)模式（DAC_Trigger_T2/4/5/6/7_TRGO），使用定時器2、4、5、6、7控制DHRx寄存器的數(shù)據(jù)按時間轉(zhuǎn)移到DORx中進行轉(zhuǎn)換， 利用這種方式可以輸出特定的波形；EXTI_9觸發(fā)方式（DAC_Trigger_Ext_IT9），當產(chǎn)生EXTI_9事件時（如GPIO中斷事件）， 觸發(fā)轉(zhuǎn)換；軟件觸發(fā)模式（DAC_Trigger_Software），在本模式下，向DAC_SWTRIGR寄存器寫入配置即可觸發(fā)信號進行轉(zhuǎn)換。

DAC_WaveGeneration

本成員用于設(shè)置是否使用DAC輸出偽噪聲或三角波（DAC_WaveGeneration_None/Noise/Triangle），使用偽噪聲和三角波輸出時， DAC都會把LFSR寄存器的值疊加到DHRx數(shù)值上，產(chǎn)生偽噪聲和三角波，若希望產(chǎn)生自定義的輸出時，直接配置為DAC_WaveGeneration_None即可。

DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude

本成員通過控制DAC_CR的MAMP2位設(shè)置LFSR寄存器位的數(shù)據(jù)，即當使用偽噪聲或三角波輸出時要疊加到DHRx的值，非噪聲或三角波輸出模式下， 本配置無效。使用偽噪聲輸出時LFSR=0xAAA，MAMP2寄存器位可以屏蔽LFSR的某些位， 這時把本結(jié)構(gòu)體成員賦值為DAC_LFSRUnmask_Bit0~DAC_LFSRUnmask_Bit11_0等宏即可；使用三角波輸出時，本結(jié)構(gòu)體設(shè)置三角波的最大幅值， 可選擇為DAC_TriangleAmplitude_1~ DAC_TriangleAmplitude_4096等宏，見下圖，DAC輸出三角波。DAC在DHRx值的基礎(chǔ)上升，幅值達到MAMPx設(shè)置的最大幅度時下降，形成三角波的輸出。

DAC_OutputBuffer

本結(jié)構(gòu)體成員用于控制是否使能DAC的輸出緩沖（DAC_OutputBuffer_Enable/Disable）， 使能了DAC的輸出緩沖后可以減小輸出阻抗，適合直接驅(qū)動一些外部負載。

4 DAC輸出正弦波實驗

這段代碼是基于 W55MH32 微控制器編寫的，其主要功能是通過 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）輸出雙聲道的正弦波信號，并且配置了串口通信以便輸出系統(tǒng)時鐘信息。

4.1 代碼解析

1. 宏定義與全局變量

#define DAC1_DHR12RD_ADDRESS (DAC_BASE + 0x00000008 + DAC_Align_12b_R)
#define DAC2_DHR12RD_ADDRESS (DAC_BASE + 0x00000014 + DAC_Align_12b_R)
#define POINT_NUM 32

uint16_t Sine12bit[POINT_NUM] = {
    2048, 2460, 2856, 3218, 3532, 3786, 3969, 4072,
    4093, 4031, 3887, 3668, 3382, 3042, 2661, 2255,
    1841, 1435, 1054, 714, 428, 209, 65, 3,
    24, 127, 310, 564, 878, 1240, 1636, 2048};

uint32_t DualSine12bit[POINT_NUM];

DAC1_DHR12RD_ADDRESS 和 DAC2_DHR12RD_ADDRESS：分別定義了 DAC1 和 DAC2 的 12 位右對齊數(shù)據(jù)寄存器地址。

POINT_NUM：定義了正弦波一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)，這里為 32 個點。

Sine12bit：存儲了一個周期正弦波的 12 位采樣數(shù)據(jù)。

DualSine12bit：用于存儲雙聲道的正弦波數(shù)據(jù)。

2. 函數(shù)聲明

void UART_Configuration(uint32_t bound);
void GPIO_Configuration(void);
void DAC_Configuration(void);
void TIM_Configuration(void);
void DMA_Configuration(void);

聲明了用于配置串口、GPIO、DAC、定時器和 DMA 的函數(shù)。

3. main()函數(shù)

int main(void)
{
    uint32_t i;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_CRC, ENABLE);
    delay_init();
    UART_Configuration(115200);
    RCC_GetClocksFreq(&clocks);

    printf("n");
    printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
           (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000,
           (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000);

    printf("DAC Out Software Sine Wave Test.n");

    GPIO_Configuration();
    DAC_Configuration();
    TIM_Configuration();

    for (i = 0; i < POINT_NUM; i++)
    {
        DualSine12bit[i] = (Sine12bit[i] 

	

	使能 CRC 外設(shè)時鐘，初始化延時函數(shù)，配置串口通信波特率為 115200，并獲取系統(tǒng)時鐘頻率信息。

	打印系統(tǒng)時鐘頻率信息和測試提示信息。

	依次調(diào)用 GPIO_Configuration、DAC_Configuration() 和 TIM_Configuration()函數(shù)進行 GPIO、DAC 和定時器的配置。

	將單聲道的正弦波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙聲道數(shù)據(jù)存儲在 DualSine12bit 數(shù)組中。

	調(diào)用 DMA_Configuration()函數(shù)配置 DMA 傳輸。

	進入無限循環(huán)，保持程序運行。

	4. DMA_Configuration()函數(shù)

	
void DMA_Configuration(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = DAC2_DHR12RD_ADDRESS;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr     = (uint32_t)&DualSine12bit;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                = DMA_DIR_PeripheralDST;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize         = POINT_NUM;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc      = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc          = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize     = DMA_MemoryDataSize_Word;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode               = DMA_Mode_Circular;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority           = DMA_Priority_High;
    DMA_InitStructure.DMA_M2M                = DMA_M2M_Disable;

    DMA_Init(DMA2_Channel4, &DMA_InitStructure);
    DMA_Cmd(DMA2_Channel4, ENABLE);

    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = DAC1_DHR12RD_ADDRESS;
    DMA_Init(DMA2_Channel3, &DMA_InitStructure);
    DMA_Cmd(DMA2_Channel3, ENABLE);
}


	

	使能 DMA2 外設(shè)時鐘。

	配置 DMA2 通道 4，將雙聲道正弦波數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)?DAC2 的數(shù)據(jù)寄存器。

	配置 DMA2 通道 3，將雙聲道正弦波數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)?DAC1 的數(shù)據(jù)寄存器。

	采用循環(huán)模式，使 DMA 不斷循環(huán)傳輸數(shù)據(jù)。

	5. TIM_Configuration()函數(shù)

	
void TIM_Configuration(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period        = (20 - 1);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler     = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode   = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}


	

	使能定時器 2 外設(shè)時鐘。

	配置定時器 2 的周期為 20 個時鐘周期，預(yù)分頻器為 0，計數(shù)器向上計數(shù)。

	選擇定時器 2 的更新事件作為觸發(fā)輸出。

	使能定時器 2。

	6. GPIO_Configuration()函數(shù)

	
void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}


	

	使能 GPIOA 外設(shè)時鐘。

	配置 GPIOA 的引腳 4 和 5 為模擬輸入模式，速度為 50MHz。

	7. DAC_Configuration()函數(shù)

	
void DAC_Configuration(void)
{
    DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);

    DAC_InitStructure.DAC_Trigger                      = DAC_Trigger_T2_TRGO;
    DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration               = DAC_WaveGeneration_None;
    DAC_InitStructure.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude = DAC_TriangleAmplitude_4095;
    DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer                 = DAC_OutputBuffer_Enable;
    DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
    DAC_Init(DAC_Channel_2, &DAC_InitStructure);

    DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
    DAC_Cmd(DAC_Channel_2, ENABLE);

    DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
    DAC_DMACmd(DAC_Channel_2, ENABLE);
}


	

	使能 DAC 外設(shè)時鐘。

	配置 DAC 通道 1 和通道 2 的觸發(fā)源為定時器 2 的觸發(fā)輸出。

	不生成波形，啟用輸出緩沖。

	使能 DAC 通道 1 和通道 2，并使能 DMA 傳輸。

	8. UART_Configuration()函數(shù)

	
void UART_Configuration(uint32_t bound)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = bound;
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART_TEST, &USART_InitStructure);
    USART_Cmd(USART_TEST, ENABLE);
}


	

	使能 USART1 和 GPIOA 外設(shè)時鐘。

	配置 GPIOA 的引腳 9 為復(fù)用推挽輸出，引腳 10 為浮空輸入。

	配置 USART1 的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗等參數(shù)。

	使能 USART1。

	9. SER_PutChar() 和 fputc() 函數(shù)

	
int SER_PutChar(int ch)
{
    while (!USART_GetFlagStatus(USART_TEST, USART_FLAG_TC));
    USART_SendData(USART_TEST, (uint8_t)ch);

    return ch;
}

int fputc(int c, FILE *f)
{
    /* Place your implementation of fputc here */
    /* e.g. write a character to the USART */
    if (c == 'n')
    {
        SER_PutChar('r');
    }
    return (SER_PutChar(c));
}


	

	SER_PutChar()：向 USART 發(fā)送一個字符，等待發(fā)送完成標志位。

	fputc()：重定向標準輸出函數(shù)，將字符發(fā)送到 USART，遇到換行符時先發(fā)送回車符。

	綜上所述，這段代碼通過配置定時器、DMA 和 DAC，實現(xiàn)了雙聲道正弦波信號的輸出，并通過串口輸出系統(tǒng)時鐘信息。