简介：这份资源面向嵌入式开发初学者与STM32学习者，围绕STM32F103ZET6内置12位DAC实现音频输出这一实验展开，帮助读者理解数字信号到模拟电压的转换过程，并完成从WAV音频数据到扬声器发声的完整链路。压缩包共181个文件，约5.54MB，以c与h源码、o与d编译中间文件、crf与lst等工程记录为主，另含wav音频素材、txt说明、Keil工程文件及hex、axf等烧录产物，结构完整，可直接用于复现实验。目前已有4862人学习下载。资源涵盖DAC初始化、时钟与GPIO配置、定时器触发采样、DMA搬运数据以及外接功放驱动扬声器等关键环节，读者可据此掌握音频采样率匹配、缓冲输出与噪声排查思路，为后续开发更复杂的嵌入式音频系统打下基础。
1. 从“能响就行”到“波形可控”：STM32F103 DAC音频输出实验到底要解决什么
很多人第一次碰 STM32F103 的 DAC，目标都很朴素——让蜂鸣器或者耳机里出点声音，证明这块芯片“能响”。但真到要交一份完整的课程设计或者实验报告时，问题就来了：声音是出来了，可波形长什么样？频率准不准？换首歌还能不能放？采样率一改为什么全是噪声？这套 DAC 音频输出实验，要解决的恰恰不是“能不能响”，而是“波形可控、参数可算、结果可复现”。它适合正在做嵌入式课设的学生、需要一份完整音频输出链路的从业者，以及想把 DAC 从“玄学调参”变成“按公式算参数”的人。下面这套方案，从需求、选型、设计到验收，按能直接抄作业的粒度展开。
2. 需求拆解与技术选型：为什么是 STM32F103 的 DAC 而不是 PWM 凑合
2.1 先明确音频输出的三个硬指标
做音频输出实验，最怕一上来就写代码。我一般会先把指标定死，否则后面调参全靠猜。这套实验的核心指标有三个：第一是输出波形类型，至少要覆盖正弦波、方波、三角波，最好能扩展到任意波形表；第二是频率范围，人耳可听范围是 20Hz 到 20kHz，但受限于 STM32F103 的 DAC 建立时间和定时器触发频率，实际能稳定输出的正弦波上限通常在 10kHz 左右，方波可以更高；第三是采样率与更新率，DAC 每输出一个点都需要一次触发，触发频率决定了波形的“细腻程度”。
把这三个指标写进需求文档，后面选型才有依据。很多同学翻车就翻在没定指标，直接抄一段 DMA 代码，结果频率对不上，改一个参数全乱套。
2.2 为什么不用 PWM 加滤波，而用片内 DAC
STM32F103 的 PWM 加 RC 滤波确实能出模拟波形，成本也低，但它的致命伤是：波形质量高度依赖滤波器的截止频率和负载阻抗，换个耳机、改个音量，波形就变形。而 STM32F103 自带的 12 位 DAC 是真正的数模转换，输出阻抗稳定，配合 DMA 可以做到“算好一张表，硬件自动播”。
选型结论很明确：需要波形保真度和可重复性，就用片内 DAC；只是做个报警提示音，PWM 足够。这套实验既然叫“DAC 音频输出”，就老老实实走 DAC 通道。
2.3 关键外设组合：DAC + DMA + 定时器
STM32F103 的 DAC 有两个通道，通道 1 对应 PA4，通道 2 对应 PA5。要让 DAC 连续输出不同电压，必须解决“谁来喂数据”的问题。CPU 轮询写 DAC 寄存器，频率一高就顾不上别的；用中断写，中断太频繁会拖垮系统。标准做法是 DAC + DMA + 定时器触发：
- 定时器（常用 TIM2 或 TIM6）产生固定频率的触发信号；
- 每次触发，DAC 从 DMA 搬运一个数据到数据保持寄存器；
- DMA 循环模式，数据搬完自动从头开始。
这样 CPU 只在初始化时配置一次，之后完全不参与波形输出。下面这张表把三个外设的职责和关键参数列清楚：
| 外设 | 职责 | 关键参数 | 典型配置 |
|---|---|---|---|
| DAC | 数模转换 | 分辨率、触发源、输出缓冲 | 12 位，TIM6 触发，开启输出缓冲 |
| DMA | 数据搬运 | 传输方向、循环模式、数据宽度 | 外设到 DAC，循环，半字 |
| 定时器 | 触发节拍 | 预分频、自动重装值 | 72MHz 下分频到目标采样率 |
提示：DAC 的输出缓冲建议开启，否则带负载能力很弱，接耳机几乎听不到声音。
3. 总体设计：波形表生成、DMA 搬运与定时器触发的三段式结构
3.1 波形数据表的生成方式
DAC 输出正弦波的本质，是把一个周期的正弦函数离散成 N 个点，每个点算出一个 0 到 4095 之间的整数（12 位 DAC），然后让 DMA 按顺序把这些整数喂给 DAC。N 越大，波形越细腻，但占用内存也越多。我一般取 128 或 256 个点，兼顾精度和内存。
生成正弦表有两种方式：一是在代码里用sin()函数实时算，二是提前算好存成常量数组。实时算会引入浮点运算，STM32F103 没有硬件 FPU，跑起来很慢，所以推荐提前算好。下面是一段生成正弦表的 Python 脚本，用来生成 C 语言数组：
import math POINTS = 256 # 一个周期的采样点数 AMPLITUDE = 2047 # 12位DAC满量程4095，取一半偏置 OFFSET = 2048 # 直流偏置，保证波形在0~4095之间 print("const uint16_t sine_table[%d] = {" % POINTS) for i in range(POINTS): # 正弦值映射到0~4095，并做四舍五入 value = int(round(OFFSET + AMPLITUDE * math.sin(2 * math.pi * i / POINTS))) print(" %d," % value, end="") if (i + 1) % 8 == 0: print() print("};")这段脚本的关键参数是POINTS和AMPLITUDE。POINTS决定频率分辨率，AMPLITUDE决定输出幅度。注意OFFSET取 2048 是为了让正弦波有正有负，因为 DAC 只能输出 0 到 3.3V，没有负电压。如果直接输出负值，DAC 会截断成 0，波形就废了。
3.2 定时器触发频率与输出频率的换算
这是整个实验里最容易算错的地方。DAC 每收到一次触发，就输出一个点。如果波形表有 256 个点，定时器触发频率是 f_trigger，那么输出波形的频率就是：
f_out = f_trigger / POINTS
反过来，想要输出 1kHz 的正弦波，波形表 256 个点，定时器触发频率就得是 256kHz。STM32F103 的 TIM6 挂在 APB1 总线上，时钟通常是 72MHz（如果系统时钟配置为 72MHz）。要得到 256kHz 的触发频率，预分频器和自动重装值这样算：
- 定时器计数频率 = 72MHz / (PSC + 1)
- 触发频率 = 计数频率 / (ARR + 1)
取 PSC = 0，则计数频率 72MHz，ARR = 72MHz / 256kHz - 1 = 280。所以 PSC=0，ARR=280，就能得到约 256kHz 的触发频率，对应 1kHz 正弦波输出。
下面是一段初始化 TIM6 的代码示例：
// 假设系统时钟72MHz，APB1定时器时钟72MHz void TIM6_Init(uint16_t arr, uint16_t psc) { RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; // 自动重装值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc; // 预分频 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure); // 使能TIM6的触发输出，用于触发DAC TIM_SelectOutputTrigger(TIM6, TIM_TRGOSource_Update); TIM_Cmd(TIM6, ENABLE); }arr和psc就是上面算出来的值。改频率只需要改这两个参数，不用动波形表。这里有个血泪经验：改完arr和psc后，一定要重新使能 DAC 的触发，否则波形会停在最后一个值不动。
3.3 DMA 配置与数据搬运的细节
DMA 的配置决定了数据能不能顺畅地从内存搬到 DAC。STM32F103 的 DAC 通道 1 对应 DMA1 通道 3，通道 2 对应 DMA1 通道 4。配置时要注意几个点：
- 外设地址是
&DAC->DHR12R1，这是 DAC 通道 1 的 12 位右对齐数据寄存器； - 内存地址是波形表数组的首地址；
- 传输方向是内存到外设；
- 数据宽度是半字（16 位），因为 DAC 数据寄存器是 16 位；
- 循环模式必须开启，否则播完一遍就停了。
void DAC_DMA_Init(uint16_t *wave_table, uint16_t table_size) { // 使能DMA1时钟和DAC时钟 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE); DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(DAC->DHR12R1); DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)wave_table; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; // 内存到外设 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = table_size; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 循环模式 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStructure); DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); // DAC配置：使能通道1，使用TIM6触发，开启输出缓冲 DAC_InitTypeDef DAC_InitStructure; DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_T6_TRGO; DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None; DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Enable; DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure); DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE); // 关键：使能DAC的DMA请求 }这段代码里最容易漏的是最后一行DAC_DMACmd。没有它，DMA 搬数据，DAC 不认，波形就是一条直线。另外DMA_BufferSize必须和波形表长度一致，写错了要么只播一部分，要么读越界。
4. 模块实现：从正弦波到任意波形的代码落地
4.1 正弦波输出的完整调用链
把前面的模块串起来，主函数里只需要做三件事：初始化波形表、初始化 DMA 和 DAC、启动定时器。下面是一个最小可运行的主函数框架：
extern const uint16_t sine_table[256]; // 由Python脚本生成 int main(void) { // 系统时钟初始化，配置为72MHz SystemInit(); // 初始化DMA和DAC，传入正弦表 DAC_DMA_Init((uint16_t *)sine_table, 256); // 初始化TIM6，触发频率256kHz，对应1kHz正弦波 // PSC=0, ARR=280 TIM6_Init(280, 0); while (1) { // 主循环空转，波形由DAC+DMA+定时器自动输出 } }这段代码跑起来后，用示波器接 PA4，应该能看到一个 1kHz 的正弦波，峰峰值约 3.3V（实际会略低，因为输出缓冲有压降）。如果波形频率不对，先查 TIM6 的arr和psc；如果波形幅度不对，查正弦表的AMPLITUDE和OFFSET；如果波形是一条直线，查DAC_DMACmd有没有调用。
4.2 方波和三角波的实现差异
方波和三角波不需要单独写驱动，只需要换一张波形表。方波表很简单：前一半是 4095，后一半是 0。三角波表是线性递增再线性递减。用同样的 Python 脚本生成即可：
POINTS = 256 # 方波表 print("const uint16_t square_table[%d] = {" % POINTS) for i in range(POINTS): value = 4095 if i < POINTS // 2 else 0 print(" %d," % value, end="") if (i + 1) % 8 == 0: print() print("};") # 三角波表 print("const uint16_t triangle_table[%d] = {" % POINTS) for i in range(POINTS): if i < POINTS // 2: value = int(4095 * i / (POINTS // 2)) else: value = int(4095 * (POINTS - i) / (POINTS // 2)) print(" %d," % value, end="") if (i + 1) % 8 == 0: print() print("};")换波形时，只需要把DAC_DMA_Init的第二个参数换成对应的表，并重新初始化 DMA 的DMA_BufferSize。注意：DMA 传输过程中不能直接改内存地址，必须先DMA_Cmd(DISABLE)，改完再使能。
4.3 频率动态调整的两种做法
实验做到后面，通常要求“按键调频率”或者“串口发指令改频率”。有两种做法：
第一种是改定时器的ARR和PSC。这种方法响应快，但频率分辨率受限于定时器位数。比如要输出 1kHz 到 10kHz，ARR从 280 变到 28，步进比较大，低频段调不准。
第二种是改波形表的点数。比如固定定时器触发频率 256kHz，波形表 256 点对应 1kHz，128 点对应 2kHz，64 点对应 4kHz。这种方法频率是成倍变化的，适合做倍频切换，不适合连续调。
我一般会结合两种：粗调改点数，细调改ARR。下面是一个改ARR的函数示例：
// 根据目标频率计算ARR值，假设PSC=0，系统时钟72MHz，波形表256点 void Set_Frequency(uint32_t target_freq) { // 触发频率 = 目标频率 * 波形表点数 uint32_t trigger_freq = target_freq * 256; // ARR = 72MHz / 触发频率 - 1 uint32_t arr = 72000000 / trigger_freq - 1; TIM6->ARR = arr; // 直接写寄存器，立即生效 TIM6->EGR = TIM_EGR_UG; // 产生更新事件，让新值生效 }这里TIM6->EGR = TIM_EGR_UG是必须的，否则新写入的ARR要等到下一次溢出才生效，调频率时会有延迟感。
5. 避坑与常见问题排查：DAC 音频输出最容易翻车的五个点
5.1 波形是一条直线，示波器什么都不显示
现象：代码编译下载后，PA4 引脚电压恒定，没有波形。
原因：最常见的是DAC_DMACmd没有调用，DAC 没有发出 DMA 请求，DMA 搬了数据但 DAC 不接收。其次是 DMA 通道选错，DAC 通道 1 必须用 DMA1 通道 3，通道 2 必须用 DMA1 通道 4。
解决：检查DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE)是否存在；检查 DMA 初始化里用的是不是DMA1_Channel3；用调试器看 DMA 的CNDTR寄存器是否在递减，如果不递减说明 DMA 没启动。
5.2 波形频率对不上，差一倍或者差几倍
现象：想要 1kHz，实际出来 2kHz 或者 500Hz。
原因：定时器时钟算错了。STM32F103 的 APB1 总线时钟在系统时钟 72MHz 时是 36MHz，但定时器时钟会倍频到 72MHz。如果误以为 APB1 是 72MHz 再分频，就会差一倍。另外，波形表点数写错也会导致频率偏差。
解决：确认RCC_ClocksTypeDef里PCLK1_Frequency的值，定时器时钟是它的两倍（当 APB1 分频系数不为 1 时）。用示波器测实际频率，反推ARR和PSC是否正确。
5.3 输出声音有“滋滋”噪声，波形上有毛刺
现象：正弦波看起来还行，但接耳机能听到明显的高频噪声。
原因：DAC 输出没有加低通滤波。DAC 输出的是阶梯波，含有大量高频谐波，人耳听到的就是“滋滋”声。另外，如果 DMA 传输和定时器触发不同步，也会产生周期性毛刺。
解决：在 PA4 和地之间加一个简单的 RC 低通滤波器，截止频率取 20kHz 左右。电阻取 1kΩ，电容取 10nF，截止频率约 15.9kHz。如果还不行，检查定时器触发源是否配置为TIM_TRGOSource_Update。
5.4 改频率后波形卡死不动
现象：调用Set_Frequency后，波形停在某个电压值不变。
原因：直接写TIM6->ARR后没有产生更新事件，定时器还在用旧的ARR值计数，但 DAC 的触发可能已经乱了。另外，如果ARR设得太小，触发频率超过 DAC 的建立时间，DAC 输出会跟不上。
解决：写完ARR后立即写TIM6->EGR = TIM_EGR_UG。同时确认ARR不小于 10，否则触发频率超过 7MHz，DAC 根本反应不过来。
5.5 接耳机声音极小或者完全没声
现象：示波器看波形正常，但接耳机几乎听不到。
原因：DAC 输出缓冲的驱动能力有限，直接驱动 32Ω 耳机，电压会被拉低。另外，如果耳机是立体声插头，只接了单声道，可能只听到一边。
解决：加一个射极跟随器或者运放缓冲级，提高驱动能力。实验阶段可以用一个 100Ω 电阻串联耳机，虽然声音小但能听清。如果要驱动扬声器，必须加功放模块。
6. 验收与答辩：怎么证明这套 DAC 音频输出实验真的做完了
验收不是把代码跑起来就完事。我一般会按下面这张表逐项过，每一项都有明确的通过标准：
| 验收项 | 通过标准 | 检查方法 |
|---|---|---|
| 正弦波输出 | 1kHz 正弦波，峰峰值≥3V，无明显失真 | 示波器接 PA4，测频率和幅度 |
| 方波输出 | 1kHz 方波，上升沿<10μs | 示波器测上升时间 |
| 三角波输出 | 1kHz 三角波，线性度良好 | 示波器观察斜率是否均匀 |
| 频率可调 | 通过按键或串口，频率在 100Hz~5kHz 可调 | 改频率后示波器读数跟随变化 |
| 波形切换 | 三种波形可切换，切换后无卡死 | 切换后示波器波形正确 |
| 音频输出 | 接耳机能听到对应频率的声音 | 人耳听，无明显噪声 |
答辩时，导师最常问的三个问题是：定时器触发频率怎么算的？DMA 为什么用循环模式？波形表点数改了频率怎么变？这三个问题分别对应第 3.2 节、第 3.3 节和第 4.3 节，提前把公式和代码准备好，现场直接画图解释。
还有一个容易被忽略的点：答辩演示时，最好把示波器画面和代码同屏展示。一边改ARR，一边看波形频率变化，比单纯讲代码有说服力得多。我习惯在演示前把几个关键频率对应的ARR值写在纸上，现场直接改，不翻代码。
从那以后我每次做 DAC 实验，都强制先算一遍触发频率和ARR，再写代码。这个习惯帮我省掉了至少三次“波形不对但不知道哪错了”的返工。希望这套方案能帮到你。
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