如何利用STM32G4的DAC与DMA生成三角波叠加正弦波

架构老林

2026-8-5

问题描述

我拥有一块STM32G4 nucleo开发板，希望利用STM32G4的DAC和DMA生成由~1Hz三角波与500Hz正弦波叠加而成的波形。请问能否从单个DAC通道输出该叠加波形？我已计算出正弦波单周期查找表，并将其叠加到斜线上，但发现仅能生成上升沿和下降沿各带一个正弦周期的三角波。相关代码如下：

#define dac_buf_len 200
HAL_DAC_Start_DMA(&hdac1, DAC_CHANNEL_2, (uint32_t *) dac, dac_buf_len,DAC_ALIGN_12B_R);

//generate sine wave
for (uint32_t i=0; i < dac_buf_len; i++)
{
    float s = (float) i/(float)(dac_buf_len-1);
    dac_sin[i] = sine_amplitude * sin(2*M_PI*s);    //one cycle of sine wave
}

//generate triangular wave (ramp up)
for (uint32_t i=0; i<dac_buf_len/2; i++)
{
    dac_triangular[i] = 0.006*i - 0.5;
}

//generate triangular wave (ramp down)
for (uint32_t i=0; i<dac_buf_len/2; i++)
{
    dac_triangular[100+i] = -0.006*i + 0.1;
}

//sum two waves together
for (uint32_t i=0; i< dac_buf_len; i++)
{
    dac[i] = dac_sin[i] + dac_triangular[i];
}

解决方案

完全可以从单个DAC通道输出这两种波形的叠加，问题出在当前的波形生成逻辑没有匹配两个信号的频率关系：

1Hz三角波的周期是1秒，500Hz正弦波的周期是2ms，意味着在三角波的1秒周期内，需要包含500个正弦波周期。而你的代码中，仅在200点的buffer里生成了1个正弦周期，导致三角波半周期（0.5秒）内只有1个正弦周期，这就是你看到的现象。

修正步骤

1. 确定DAC输出速率

通过定时器触发DAC的DMA请求，设定触发频率（即每个DAC采样点的输出速率）。例如，设置触发频率为100kHz，每个点的输出时间是10μs，1秒需要100000个采样点，刚好匹配1Hz三角波的周期。

2. 匹配波形的采样点数量

三角波：1秒周期，分成上升沿（0.5秒）和下降沿（0.5秒），各需要50000个点
正弦波：500Hz，每个周期需要200个点（100kHz / 200 = 500Hz），1秒内刚好是500个周期（500×200=100000点）

3. 修正代码逻辑

以下是调整后的代码示例（假设12位DAC输出范围为0~4095，可根据实际幅度需求调整）：

// 总采样点：100kHz触发下，1秒输出完，对应1Hz三角波
#define DAC_BUF_LEN 100000
// 正弦波每个周期的采样点：100kHz/200=500Hz
#define SINE_CYCLE_POINTS 200

// 定义buffer（建议用全局变量，避免栈溢出）
float dac_sin[DAC_BUF_LEN];
float dac_triangular[DAC_BUF_LEN];
uint32_t dac[DAC_BUF_LEN];

// 生成正弦波：1秒内500个周期
for (uint32_t i = 0; i < DAC_BUF_LEN; i++)
{
    // 计算当前点在正弦周期内的相位
    float phase = (2 * M_PI * (i % SINE_CYCLE_POINTS)) / SINE_CYCLE_POINTS;
    // 正弦幅度设为DAC量程的1/4（可调整）
    dac_sin[i] = (4095.0 / 4) * sin(phase);
}

// 生成三角波：上升沿（0~4095，0.5秒）
for (uint32_t i = 0; i < DAC_BUF_LEN / 2; i++)
{
    // 线性从0上升到4095
    dac_triangular[i] = (4095.0 / (DAC_BUF_LEN / 2 - 1)) * i;
}

// 生成三角波：下降沿（4095~0，0.5秒）
for (uint32_t i = 0; i < DAC_BUF_LEN / 2; i++)
{
    uint32_t idx = DAC_BUF_LEN / 2 + i;
    // 线性从4095下降到0
    dac_triangular[idx] = 4095.0 - (4095.0 / (DAC_BUF_LEN / 2 - 1)) * i;
}

// 叠加波形并转换为12位DAC格式（确保值在0~4095范围内，避免削波）
for (uint32_t i = 0; i < DAC_BUF_LEN; i++)
{
    float sum = dac_sin[i] + dac_triangular[i];
    // 限制范围，防止超出DAC输出能力
    sum = (sum < 0) ? 0 : sum;
    sum = (sum > 4095) ? 4095 : sum;
    // 转换为12位右对齐格式
    dac[i] = (uint32_t)sum;
}

// 启动DAC DMA循环输出（需确保DMA设置为循环模式）
HAL_DAC_Start_DMA(&hdac1, DAC_CHANNEL_2, dac, DAC_BUF_LEN, DAC_ALIGN_12B_R);

额外注意事项

DMA循环模式：需在CubeMX中设置DAC的DMA为循环模式，确保buffer重复输出，得到连续波形。
定时器配置：配置定时器触发DAC的频率为100kHz（可根据实际需求调整，只要满足三角波周期1秒、正弦波500Hz的比例即可）。
幅度调整：根据实际需求修改正弦波和三角波的幅度，叠加后不要超出DAC的输出范围（0~4095），否则会出现削波失真。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jlim14