數(shù)字電位器簡(jiǎn)介

　　數(shù)字電位器（DCP）是專為替代傳統(tǒng)機(jī)械電位器、可變電阻器而設(shè)計(jì)的新型集成電路，通過I2C、SPI或三線（CS，U/D，INC）等方式與MCU接口，實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用程控調(diào)節(jié)（或按鈕控制），從而實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)機(jī)械電位器或可變電阻器相同的電位、電阻調(diào)節(jié)功能。這些器件通常帶有非易失性存儲(chǔ)器，能在設(shè)備掉電時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)滑動(dòng)端設(shè)定值。數(shù)字電位器的調(diào)節(jié)精度由其內(nèi)部的抽頭數(shù)決定，根據(jù)需要有16、32、64、100、128、256、1024等多種選擇，電阻范圍通常為1KΩ~100KΩ，電阻變化既有線性也有對(duì)數(shù)方式。與傳統(tǒng)機(jī)械電位器相比，數(shù)字電位器具有在應(yīng)用程控調(diào)節(jié)、長(zhǎng)壽命、易于裝配節(jié)省空間、不受振動(dòng)影響等突出優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用設(shè)備、儀器儀表、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)、家用電器、手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。

　　數(shù)字電位器基本工作原理

　　由于數(shù)字電位器可代替機(jī)械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖l所示。當(dāng)數(shù)字電位器用作分壓器時(shí)，其高端、低端、滑動(dòng)端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調(diào)電阻器時(shí)，分別用RH、RL和RW表示。

　　圖2所示為數(shù)字電位器的內(nèi)部簡(jiǎn)化電路，將n個(gè)阻值相同的電阻串聯(lián)，每只電阻的兩端經(jīng)過一個(gè)由MOS管構(gòu)成的模擬開關(guān)相連，作為數(shù)字電位器的抽頭。這種模擬開關(guān)等效于單刀單擲開關(guān)，且在數(shù)字信號(hào)的控制下每次只能有一個(gè)模擬開關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到滑動(dòng)端。

　　數(shù)字電位器的數(shù)字控制部分包括加減計(jì)數(shù)器、譯碼電路、保存與恢復(fù)控制電路和不揮發(fā)存儲(chǔ)器等4個(gè)數(shù)字電路模塊。利用串入、并出的加／減計(jì)數(shù)器在輸入脈沖和控制信號(hào)的控制下可實(shí)現(xiàn)加／減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器把累計(jì)的數(shù)據(jù)直接提供給譯碼電路控制開關(guān)陣列，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部存儲(chǔ)器保存。當(dāng)外部計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)停止或片選信號(hào)無效后，譯碼電路的輸出端只有一個(gè)有效，于是只選擇一個(gè)MOS管導(dǎo)通。

　　數(shù)字控制部分的存儲(chǔ)器是一種掉電不揮發(fā)存儲(chǔ)器，當(dāng)電路掉電后再次上電時(shí)，數(shù)字電位器中仍保存著原有的控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點(diǎn)之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。因此，數(shù)字電位器與機(jī)械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關(guān)的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計(jì)數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值與期望值可能會(huì)有一定的差別，只有在調(diào)整結(jié)束后才能達(dá)到期望值。

　　從圖2可以看出，數(shù)字電位器與機(jī)械式電位器有2個(gè)重要區(qū)別：1）調(diào)整過程中，數(shù)字電位器的電阻值不是連續(xù)變化的，而是在調(diào)整結(jié)束后才具有所希望的輸出。這是因?yàn)閿?shù)字電位器采用MOS管作為開關(guān)電路，并且采用“先開后關(guān)”的控制方法：2）數(shù)字電位器無法實(shí)現(xiàn)電阻的連續(xù)調(diào)整，而只能按數(shù)字電位器中電阻網(wǎng)絡(luò)上的最小電阻值進(jìn)行調(diào)整。

　　數(shù)字電位器的典型應(yīng)用

　　數(shù)字電位器的應(yīng)用廣泛，而且按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)也有很多種類，但是基本原理是相似的，這里以三線加／減式接口的數(shù)字電位器X9313為例，介紹數(shù)字電位器的應(yīng)用。

　　1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

　　X9313為工業(yè)級(jí)的32抽頭數(shù)控電位器，最大阻值為10kΩ，采用8引腳，有DIP、OIC、FSSOP3種封裝。X9313的內(nèi)部功能框圖，如圖3所示。它由輸入部分、5位E2PROM、存儲(chǔ)和調(diào)用電路、32選l譯碼器、由MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的32路模擬開關(guān)、電阻陣列6部分組成。其中輸入部分是5位加／減計(jì)數(shù)器經(jīng)過三線加／減式接口（）與單片機(jī)相連，其工作像一個(gè)升／降計(jì)數(shù)器，輸出經(jīng)譯碼，控制接通某個(gè)電子開關(guān)，這樣就把電阻陣列上的一個(gè)點(diǎn)連接到滑動(dòng)輸出端。電阻陣列由32個(gè)等值的電阻和與之相配套的電子開關(guān)組成。根據(jù)控制端的電平，計(jì)數(shù)器的內(nèi)容還可以儲(chǔ)存到非易失存儲(chǔ)器中以便后續(xù)使用。

　　2個(gè)頂腳引線分別接VH和VL，中間抽頭為VW。為3個(gè)控制端，其中，為片選端，為低電平時(shí)，X9313被選中。此時(shí)才能接收的信號(hào)。在下降沿使計(jì)數(shù)器增或減1。如果，滑動(dòng)端向VH方向滑動(dòng)，VW與VH之間的電阻減小一個(gè)階值。反之，如果，滑動(dòng)端向VL方向滑動(dòng)。計(jì)數(shù)器輸出譯碼后，經(jīng)過32選1，使滑動(dòng)端的位置沿電阻陣列移動(dòng)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到某個(gè)極端（00000或11111）時(shí)，不會(huì)循環(huán)回復(fù)，從00000自動(dòng)變成1111l，或從11111變成00000，也就是說當(dāng)為高電平而也為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的值存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)上電時(shí)，器件自動(dòng)將非易失性存儲(chǔ)器中的值送到計(jì)數(shù)器，作為計(jì)數(shù)器的輸出。

　　2、典型應(yīng)用

　　手控調(diào)壓電路

　　圖4所示為。將VH端接+5V，VL接地。從VW端輸出0～+5V的可調(diào)電壓。R1、R2為上拉電阻。只要按動(dòng)開關(guān)S1，輸出電壓就升高，每按一次電壓升高0．05V，最高可達(dá)5V。如果按住S2即為低電平，此時(shí)按S1則每按一次電壓降低0．05V。

　　X9313與單片機(jī)的接口電路

　　這里以常用的AT89C2051單片機(jī)為例介紹數(shù)字電位器與單片機(jī)的接口電路。電位器的3個(gè)控制端分別接AT89C2051的P1．7、P1．6和P1．5。由R1、C1構(gòu)成上電復(fù)位電路，C2、C3和石英晶體JT構(gòu)成晶振電路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)I／O端口內(nèi)部已有上拉電阻，所以上電時(shí)上述控制端均為高電平，電位器處于待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)用和上例相同。

　　相關(guān)程序代碼如下：

　　上面的程序?qū)崿F(xiàn)了使UD為高電平，此時(shí)給數(shù)字電位器發(fā)送50個(gè)脈沖，增大電阻使高低端之間電壓為2．5V。通過單片機(jī)傳給數(shù)字電位器脈沖信號(hào)來控制數(shù)字電位器的大小，從而方便而精確地改變電阻值。但是在實(shí)際應(yīng)用中，要注意對(duì)數(shù)字電位器的誤差進(jìn)行分析和補(bǔ)償。

　　如何制作數(shù)字電位器

　　用二進(jìn)制集成電路CD4040可制作數(shù)字電位器。電位可有4096擋次，如電壓在4.096V，每伏有1000個(gè)1mV變化進(jìn)位擋，每進(jìn)1位上升1mV，電路二進(jìn)制位0～11位以高位電阻最小。如第11位50ｋΩ、第10位100ｋΩ、第9位200ｋΩ、第8位400ｋΩ、第7位800ｋΩ、第6位1.6MΩ、第5位3.2MΩ、第4位6.4MΩ、第3位12.8MΩ、第2位25.6MΩ、第1位51.2MΩ、第0位102.4MΩ，向下按每退1位、阻值加1倍順序排列。如排錯(cuò)，或電阻不是倍數(shù)，電位的上升值會(huì)不均勻，進(jìn)到某數(shù)值便突然跳變。

　　CD4040集成電路各腳功能。

　　1是收音自動(dòng)搜索調(diào)諧電位器。Q1、Q2組成2～4ｋHz左右振蕩電路。Q3阻止振蕩。A端接調(diào)諧指示輸出腳，CXA1019、CXA1283等收音電路調(diào)諧指示腳都是收到電臺(tái)輸出負(fù)電壓，Q3接收負(fù)極電壓使Q1停振。B保持電位不變，按一下K1搜索下個(gè)電臺(tái)，B電壓上升，收到電臺(tái)Q3阻止振蕩，B端電壓停止上升，再按再往下搜臺(tái)……B端搜臺(tái)從0V升到5V，跳回0V再按0～5V循環(huán)搜臺(tái)，K1用于計(jì)數(shù)清0，如要跳回低頻電臺(tái)搜索時(shí)按K2。B端接收音調(diào)諧電路變?nèi)莨?，此電路接通，如Ａ端沒有負(fù)電就會(huì)從0～5V循環(huán)搜臺(tái)，只要收音機(jī)收到電臺(tái)時(shí)調(diào)諧指示腳輸出負(fù)電壓即停搜。如有12位、16位或更多位的串級(jí)二進(jìn)／退的計(jì)數(shù)電路就更好，可惜找不到或是目前根本沒有廠商生產(chǎn)這類多位進(jìn)退計(jì)數(shù)電路。

　　若從×處斷開去掉Q3電路，把K1接至斷開的兩處可做其他計(jì)數(shù)電位器，如臺(tái)燈調(diào)光、電風(fēng)扇調(diào)速等。

　　圖2為電視VH電調(diào)諧音量電位器，只需6位二進(jìn)制倍數(shù)電阻，就可達(dá)到64級(jí)音量調(diào)節(jié)。