數字電位器的分析及應用

　　1 基本工作原理

　　由于數字電位器可代替機械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數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。當數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;而用作可調電阻器時(shí)，分別用RH、RL和RW表示。

　　圖2所示為數字電位器的內部簡(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(guò)一個(gè)由MOS管構成的模擬開(kāi)關(guān)相連，作為數字電位器的抽頭。這種模擬開(kāi)關(guān)等效于單刀單擲開(kāi)關(guān)，且在數字信號的控制下每次只能有一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的每一個(gè)節點(diǎn)連接到滑動(dòng)端。

　　數字電位器的數字控制部分包括加減計數器、譯碼電路、保存與恢復控制電路和不揮發(fā)存儲器等4個(gè)數字電路模塊。利用串入、并出的加/減計數器在輸入脈沖和控制信號的控制下可實(shí)現加/減計數，計數器把累計的數據直接提供給譯碼電路控制開(kāi)關(guān)陣列，同時(shí)也將數據傳送給內部存儲器保存。當外部計數脈沖信號停止或片選信號無(wú)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管導通。

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

　　從圖2可以看出，數字電位器與機械式電位器有2個(gè)重要區別：1)調整過(guò)程中，數字電位器的電阻值不是連續變化的，而是在調整結束后才具有所希望的輸出。這是因為數字電位器采用MOS管作為開(kāi)關(guān)電路，并且采用“先開(kāi)后關(guān)”的控制方法：2)數字電位器無(wú)法實(shí)現電阻的連續調整，而只能按數字電位器中電阻網(wǎng)絡(luò )上的最小電阻值進(jìn)行調整。

　　2 數字電位器的典型應用

　　數字電位器的應用廣泛，而且按照不同的分類(lèi)標準也有很多種類(lèi)，但是基本原理是相似的，這里以三線(xiàn)加/減式接口的數字電位器X9313為例，介紹數字電位器的應用。

2.1 內部結構及工作原理

　　X9313為工業(yè)級的32抽頭數控電位器，最大阻值為10 kΩ，采用8引腳，有DIP、OIC、FSSOP 3種封裝。X9313的內部功能框圖，如圖3所示。它由輸入部分、5位E2PROM、存儲和調用電路、32選l譯碼器、由MOS場(chǎng)效應管構成的32路模擬開(kāi)關(guān)、電阻陣列6部分組成。其中輸入部分是5位加/減計數器經(jīng)過(guò)三線(xiàn)加/減式接口(

)與單片機相連，其工作像一個(gè)升/降計數器，輸出經(jīng)譯碼，控制接通某個(gè)電子開(kāi)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(kāi)關(guān)組成。根據控制端的電平，計數器的內容還可以?xún)Υ娴椒且资Т鎯ζ髦幸员愫罄m使用。

　　2個(gè)頂腳引線(xiàn)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。

在下降沿使計數器增或減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)。計數器輸出譯碼后，經(jīng)過(guò)32選1，使滑動(dòng)端的位置沿電阻陣列移動(dòng)。當計數器達到某個(gè)極端(00000或11111)時(shí)，不會(huì )循環(huán)回復，從00000自動(dòng)變成1111l，或從11111變成00000，也就是說(shuō)當

為高電平而

也為高電平時(shí)，計數器的值存儲到非易失存儲器中，系統上電時(shí)，器件自動(dòng)將非易失性存儲器中的值送到計數器，作為計數器的輸出。