MAX5481在夫蘭克一赫茲實(shí)驗儀中的應用

2 儀器的整體設計
圖l示出儀器的基本原理及IP一UG2K曲線(xiàn)。設計中，采用單片機STC89C54它具有16 K Flash ROM、l 280B RAM、16K E2PROM、標準MCS一51單片機，支持ISP下載。A／D轉換器采用具有12位11個(gè)輸入通道、串口接口的TLC2543?？蓪?jīng)過(guò)三級放大了的10-9～10-7A電流In和經(jīng)過(guò)電阻分壓的UG2K進(jìn)行測量，其測量結果分別采用4位7段LED顯示，同時(shí)保存在單片機的E2PROM中。在單片機的P1．O~Pl.3引腳控制下，數字電位器MAX5481通過(guò)電路產(chǎn)生一個(gè)電壓約為0~100 V，分辨率約為O．1 V變化的UG2K。RS232串口用于ISP下載。儀器整體框圖如圖2所示。

3 數字電位器MAX5481
MAX548l是10位(即1 024抽頭)非易失、線(xiàn)性變化、可編程分壓器和可變電阻器，其兩個(gè)固定端電阻為10 kΩ，實(shí)現機械電位器的功能，可配置成3線(xiàn)串行SPI兼容接口或增/減(Up／Down)數字接口。在其內部有非易失、電可擦除可編程只讀存儲器(E2PROM)，用于存儲上電時(shí)滑動(dòng)端的初始位置?？刹捎?2．7～+5．25 V單電源供電或±2．5 V雙電源供電。
3．1 內部結構
圖3示出MAX548l的內部功能框圖。MAX5481主要包括電源、上電復位、非易失存儲器、鎖存器、解碼電路、SPI接口電路、Up/Down接口電路、接口選擇電路、可變電阻器等。

3．2 引腳功能
MAX548有16引腳TQFN和14引腳TSSOP兩種封裝。其引腳功能：H為可變電阻高電平端；W為可變電阻滑動(dòng)端；L為可變電阻低電平端；VDD為電源正極；GND為電源地。VSS為電源負極，當單極性電源供電時(shí)，與GND短接；CS為片選信號，低電平有效；SPI／UD用于接口方式的選擇。高電平時(shí)選擇SPI接口方式，低電平時(shí)選擇Up／Down方式；SCLK(INC)用于兩種方式的切換，在SPI方式下，為時(shí)鐘信號輸入端；在Up／Down方式，每個(gè)下降沿均使W端增加或減小J LSB；DIN(U／D)用于兩種方式的切換，在SPI方式下，DIN為數據信號輸入端；在Up／Down方式下，決定W端的變化方向。
3．3 單片機對MAX5481的控制
上電后，MAX548l復位工作，先讀取非易失存儲器中的數據，經(jīng)鎖存器、解碼電路，使W端移至預先沒(méi)定的位置。接口選擇電路根據SPI／UD引腳電平選擇接口方式，由SPI接口或Up／Down接口改寫(xiě)鎖存器的數據，經(jīng)解碼后來(lái)改變W端的位置，從而改變分壓比和上下電阻值。
3．3．1 SPI接口方式
當SPI／UD=l時(shí)，MAX548l進(jìn)入SPl接口方式；當CS=0時(shí)，在時(shí)鐘引腳SCLK(INC)的上升沿，將數據輸入引腳DIN(U/D)的數據寫(xiě)入MAX548l。要把數據寫(xiě)到鎖存器時(shí)，需要24個(gè)時(shí)鐘才能把命令和數據寫(xiě)入MAX548l中；要在鎖存器和NV存儲器之間復制數據時(shí)，可以采用8個(gè)時(shí)鐘來(lái)寫(xiě)命令，也可以采用24個(gè)時(shí)鐘把命令和數據寫(xiě)入MAX548l中，其中后面16位數據將被忽略。表l示出其數據格式。W端的位置由10位鎖存器中的數據決定，其分壓比可按下式計算：

式中：D(D9～DO)為鎖存器中的數據。例如，當D(D9~DO)=000000 0000時(shí)，W端的位置在L端。
3．3．2 Up／Down接口方式
當SPI／UD=0時(shí)，MAX548l進(jìn)入Up／Down接口方式，該方式操作較簡(jiǎn)單。當CS=0器件被選中，若引腳DIN(U/D)=l時(shí)，則引腳SCLK(INC)的每個(gè)下降沿均使W端增加1 LSB(向H端移動(dòng))；若引腳DIN(U/D)=0時(shí)，則引腳SCLK(INC)的每個(gè)下降沿均使W端減小1 LSB(向L端移動(dòng))。在SCLK(INC)=1狀態(tài)，引腳CS電平為上升沿時(shí)，MAX5481將把鎖存器數據復制到NV存儲器予以保存。
3．3．3 UG2K電壓產(chǎn)生電路
在硬件上，單片機通過(guò)P1．0～P1．3口與引腳CS、SCLK(INC)、DIN(U／D)、SPI／UD相連。在軟件上，采用SPI方式對MAX548l進(jìn)行操作。由于MAX548l是10位(1 024抽頭)的數字電位器，因此在沒(méi)置按鍵時(shí)，還設有十進(jìn)位、百進(jìn)位加速鍵，以方便調整。
由于MAX5481的負載能力有限．一般需要采用放大電路對其負載能力進(jìn)行擴展。設計中VTl、VT3接成共集放大電路，VT2接成共基放大電路，這樣即可提高帶負載能力，輸m約0~100V，分辨率約為0．1 V變化的UG2K。該電壓經(jīng)過(guò)R7、R8電阻分壓，供測量使用。

4 結束語(yǔ)
數字電位器能在各種應用中為模擬電路提供便利的電阻、電壓和電流數字控制與調節。特別是許多模擬電路經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，技術(shù)成熟，因此只需較小的改進(jìn)，甚至可以直接用數字電位器替代機械電位器，而使操作數字化，既方便蒯節控制，又提高系統性能，簡(jiǎn)化設計。