利用軟件編程實現(xiàn)高分辨率數(shù)字電位器的解決方法

巧妙的利用軟件編程，將X9241內(nèi)部的四個64抽頭數(shù)字電位器組成一個高分辨率低成本的數(shù)字電位器

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)計的新型集成電路。其通過I2C、SPI以及CS，U/D，INC三線方式與MCU接口，可實現(xiàn)應(yīng)用程控調(diào)節(jié)，也有按鈕控制方式，從而實現(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)功能的特殊集成電路。與傳統(tǒng)機(jī)械電位器相比，數(shù)字電位器具有數(shù)字調(diào)節(jié)、長壽命、易于裝配、節(jié)省空間、不受振動影響等突出優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用設(shè)備、儀器儀表、工業(yè)控制、計算機(jī)、家用電器、手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等各個領(lǐng)域。

在有些應(yīng)用中，如激光二極管的動態(tài)偏置調(diào)節(jié)，使用數(shù)字電位器或者微調(diào)DAC來控制電壓，就受到了分辨率、接口、成本的限制。為了解決這類問題，我們將在這里介紹使用低分辨率（64抽頭）、低成本的Intersil（Xicor）公司I2C總線控制數(shù)字電位器X9241組成一個高分辨率（8001抽頭）的數(shù)字電位器的解決方法。

實現(xiàn)高分辨率的原理

我們假設(shè)有三個數(shù)字電位器，POT1和POT2為64抽頭DCP，POT3為128抽頭DCP，其中POT1和POT2用作POT3的VH和VL的設(shè)置，并且必須保證POT1和POT2始終為“1”個位置間隔，那么就有63種不同的電壓間隔施加到POT3上。理論上，當(dāng)POT3在特殊電壓抽頭127和下一個電壓間隔的抽頭0之間跳動時，應(yīng)該還有一個多余的抽頭位置，但是這些抽頭不是多余的，它們的作用可以改善輸出的線性度，因為在相鄰的兩個電壓間隔中的抽頭0和抽頭127的電壓是一樣的。對于63個不同間隔的每一個，又借助127個不同的輸出，就會有8001（63×127=8001）個不同的Vw輸出可以在VH和VL之間獲得。圖1就是說明的這個概念。

如何使用X9241實現(xiàn)高分辨率（8001抽頭）

Intersil（Xicor）公司的X9241把四個非易失性數(shù)字電位器集成在一個單片CMOS微電路中，它的功能框圖如圖2。X9241包含四個電阻陣列，每個陣列包含63個電阻單元。在每個單元之間和兩個端點都有可以被滑動單元訪問的抽頭點?；瑒訂卧陉嚵兄械奈蛔佑捎脩敉ㄟ^I2C總線控制。每個電阻陣列與一個滑動端計數(shù)寄存器（WCR）和四個8位數(shù)據(jù)寄存器聯(lián)系在一起，四個數(shù)據(jù)寄存器和滑動端計數(shù)寄存可以由用戶直接寫入和讀出?；瑒佣擞嫈?shù)寄存器的內(nèi)容控制滑動端在電阻陣列中的位置。數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容可以傳輸?shù)交瑒佣擞嫈?shù)寄存器以設(shè)置滑動端位置，當(dāng)前滑動端的位置也可以傳輸?shù)饺魏闻c之聯(lián)系的數(shù)據(jù)寄存器中?；瑒佣擞嫈?shù)寄存器是易失性的，器件上電時，滑動端計數(shù)寄存器自動的裝入數(shù)據(jù)寄存器0（R0）中的值。四個數(shù)據(jù)寄存器是非易失性的，如果在應(yīng)用中不需要對電位器有多種設(shè)置保存時，可以用作通用存儲單元，用來保存系統(tǒng)參數(shù)或用戶數(shù)據(jù)。

X9241內(nèi)部有一個特殊的機(jī)制，可以把相鄰的數(shù)字電位器逐個串聯(lián)。允許多達(dá)253個不同抽頭位置（當(dāng)把全部DCP逐個串聯(lián)的時候）。如圖3所示，我們將POT1和POT2（X9241內(nèi)部相鄰的兩個DCP）串連起來，用POT0為其提供VH（可以調(diào)節(jié)的），用POT3提供VL（可以調(diào)節(jié)的）。那么我們就得到了如前面所述原理一樣的電路圖。

POT0和POT3為POT1-2（POT1和POT2串連以后的叫法）設(shè)置端電壓。也必須保證POT1和POT3始終為“1”個位置間隔，那么就有63種不同的電壓間隔施加到POT1-2上。隨著POT1-2的滑動端位置向上或者向下移動到端點時，POT0和POT3的位置也要在必要時進(jìn)行調(diào)整。如果POT1-2的滑動端增加到超過127時，那么POT0和POT3將增加“1”，而POT1-2的滑動端將返回到抽頭0。同樣，POT1-2的滑動端減低到抽頭0以下時，POT0和POT3的滑動端將減小“1”，并將POT1-2的抽頭設(shè)置到127。這一點，請讀者在理解后面所附的程序清單時注意。

X9241極適用于這個任務(wù)，因為其內(nèi)部正好有四個獨立的DCP，并且有相鄰DCP串聯(lián)的機(jī)制，而且其采用I2C總線控制接口，抽頭位置可以在軟件中直接改變而不需要通過每個中間位置轉(zhuǎn)換。

圖4是使用X9241U（49.37K、49.38K、49.32K、49.24K）器件對電路進(jìn)行測試得到的相鄰抽頭之間的典型結(jié)果。大圖表示每個抽頭的滑動端電壓占所加總電壓的百分比，其中插圖為相鄰抽頭之間的分辨率占所加總電壓的百分比。

使用X9241實現(xiàn)高分辨率的軟件代碼

為了方便理解實現(xiàn)控制的細(xì)節(jié)，我們提供了C語言源代碼（代碼由Xicor公司提供，我們做了一定的修改）。用戶只需要自己再編寫適用于不同單片機(jī)的I2C硬件接口函數(shù)（函數(shù)名稱同程序中介紹一致），在應(yīng)用程序中加入我們提供的源代碼，簡單的調(diào)用程序中介紹的5個函數(shù)，就可以方便地實現(xiàn)DCP的高分辨率控制。

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