基于單片機的數字電位器的設計

人耳對聲強的主觀(guān)感受遵循韋伯定律(Webber's Law)，在音量較小時(shí)人耳對聲波振幅的改變感受靈敏，聲音達到一定響度后，人耳的聽(tīng)覺(jué)特性開(kāi)始變得遲鈍。而指數型電位器的阻值變化規律為先慢后快，如果將這種衰減特性用在音量調節中，則恰好可以抵消人耳對音量感知的對數特性，保證主觀(guān)聽(tīng)感的平滑。

與傳統的機械式音量電位器相比，數字電位器(DCP)的阻值調節由內部CMOS開(kāi)關(guān)控制，因而使用壽命長(cháng)、可靠性高且不會(huì )產(chǎn)生機械噪聲;如果將廉價(jià)的通用型線(xiàn)性數字電位器直接用于音量調節，在小音量狀態(tài)下稍微調節電位器即會(huì )使輸出聲壓陡然增加，無(wú)法保證大動(dòng)態(tài)范圍內音量的準確定位，因此目前將數字式電位器運用在成熟功放產(chǎn)品中的實(shí)例還不多。實(shí)際上，如果將低分辨率線(xiàn)性數字電位器與通用嵌入式系統結合起來(lái)，就能夠得到運用于音量控制領(lǐng)域的低成本高分辨率指數式電位器。

總體設計方案

在數字電位器的擴展系統中，主控單元可選用常見(jiàn)的8位或16位成熟單片機。這里我們主要針對Intersil公司的低分辨率線(xiàn)性數字電位器X9313、X9312進(jìn)行擴展，系統最終能夠達到的實(shí)際分辨率為31×99=3069級;如果把32抽頭的X9313全部更換為X9312，分辨率還可以進(jìn)一步提高至9801級。

X9313與X9312這兩種DCP均為三線(xiàn)制接口、帶掉電自動(dòng)保存功能的非易失性數字電位器，其內部分別包含31、99個(gè)電阻單元構成的電阻陣列，相鄰兩個(gè)電阻單元以及電阻陣列端點(diǎn)都設置有可以被滑動(dòng)單元訪(fǎng)問(wèn)的抽頭，如圖1所示?；瑒?dòng)單元的位置由CS、U/D和INC三個(gè)輸入端控制，抽頭位置值能夠被存儲在非易失性存儲器中，供下次上電時(shí)調用置位。

圖1 X931x系列DCP的內部結構

系統的每個(gè)聲道的音量控制由兩個(gè)X9313與一個(gè)X9312構成，圖2為三個(gè)數字電位器的功能連接圖。所有DCP的U/D、INC端分別連接在一起，而片選端CS各自占用一個(gè)MCU端口。這種硬件連接方式能夠很容易地實(shí)現四聲道乃至更多聲道的音量控制。為了與常見(jiàn)的數字式音量調整習慣一致，最好不要保留通用DCP的三鍵式控制方式，而只需設置UP/DOWN兩組按鍵直接控制音量的增減。UP/DOWN按鍵與MCU的連接應設置軟件延時(shí)的去抖算法，以消除按鍵輸入時(shí)的抖動(dòng)，MCU與DCP之間則不再考慮按鍵抖動(dòng)。

圖2 系統連接示意圖