什么是數(shù)字電位器
數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控可編程電阻器，是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械電位器（模擬電位器）的新型CMOS數(shù)字、模擬混合信號(hào)處理的集成電路。數(shù)字電位器采用數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值的，具有使用靈活、調(diào)節(jié)精度高、無(wú)觸點(diǎn)、低噪聲、不易污損、抗振動(dòng)、抗干擾、體積小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，可在許多領(lǐng)域取代機(jī)械電位器。
數(shù)字電位器的特點(diǎn)
壽命長(zhǎng)（因無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)）、工作可靠、性能穩(wěn)定、耐振動(dòng)、體積小，能和數(shù)字電路或單片機(jī)靈活地結(jié)合在一起。
數(shù)字電位器工作原理
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1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(guò)一個(gè)由MOS管構(gòu)成的模擬開(kāi)關(guān)相連，作為數(shù)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(shù)字信號(hào)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(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、保存和恢復(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(kāi)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(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(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)字電位器和機(jī)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(jì)數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值和期望值可能會(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)字電位器和機(jī)械式電位器有2個(gè)重要區(qū)別：
1）調(diào)整過(guò)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(kāi)關(guān)電路，并且采用“先開(kāi)后關(guān)”的控制方法：
2）數(shù)字電位器無(wú)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)字電位器應(yīng)用范圍
數(shù)字電位器正在國(guó)內(nèi)外迅速推廣，并大量應(yīng)用于檢測(cè)儀器、PC、手機(jī)、家用電器、現(xiàn)代辦公設(shè)備、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。例如：電冰箱、程控機(jī)、電源、功率表、自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、光纖網(wǎng)絡(luò)、調(diào)節(jié)LCD顯示屏、電壓控制、取代機(jī)械式電位器、匹配線性阻抗、調(diào)節(jié)VCOM設(shè)置。
數(shù)字電位器MAX5438芯片介紹
MAX5438是MAXIM公司生產(chǎn)的7位128階數(shù)字電位器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1，它由1個(gè)7位移位寄存器，1個(gè)7位數(shù)據(jù)鎖存器，*模塊，電位器和控制時(shí)鐘邏輯組成。MAX5438的控制信號(hào)包括3個(gè)輸入信號(hào)：芯片選擇
數(shù)據(jù)輸入（DIN）和串行時(shí)鐘（SCLK），數(shù)字邏輯由一個(gè) 2.7V～ 5.25V的電壓驅(qū)動(dòng)。其內(nèi)部電阻兩端的電壓由外部通過(guò)VDD及VSS提供，VDD與VSS之間的電壓必須大于9V小于31.5V。這使得MAX5838在輸入電壓的選擇上具有很大的靈活性。同時(shí)，MAX5438的外部電路非常簡(jiǎn)單，幾乎不需要任何外接元件就可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的調(diào)節(jié)輸出。
下降，然后在SCLK引腳上模擬時(shí)鐘信號(hào)，在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿，一位數(shù)據(jù)就從DIN引腳被讀入串行移位寄存器，8位數(shù)據(jù)需要8個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)完成輸入。需要注意的是，數(shù)據(jù)位D7是沒(méi)意義的，所以，在第二個(gè)脈沖的上升沿才讀入真正的MSB。所有數(shù)據(jù)位輸入完后，應(yīng)從低變高，這時(shí)數(shù)據(jù)被鎖存到電位器控制寄存器，通過(guò)*電路使電阻滑片W的位置隨輸入數(shù)據(jù)而改變。時(shí)序如圖2所示。
用MAX5438S實(shí)現(xiàn)負(fù)壓可調(diào)的硬件電路如圖3所示。固定負(fù)偏壓由MAX202芯片提供，單片機(jī)的3個(gè)I/O引腳與MAX5438的3個(gè)控制信號(hào)相連。
由于MAX5438內(nèi)部沒(méi)有EPROM，無(wú)法記錄滑片的位置，所以在程序的開(kāi)始就要先寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)給它作為以后調(diào)節(jié)的起始值。這可以通過(guò)電路的實(shí)際情況選擇一個(gè)對(duì)所用液晶比較合適的值來(lái)作為起始值，這樣可以大大降低對(duì)比度的調(diào)節(jié)次數(shù)。起始值的范圍在00至7F之間，這兩個(gè)值分別對(duì)應(yīng)輸出的最小和最大電壓。在如圖2的實(shí)際電路中，MAX5438的輸入電壓是MAX202提供的-12V，輸出電壓的范圍是-9V～0V由于具有128階的調(diào)節(jié)能力，輸出電壓變化的最小值為9/128即約0.1V。對(duì)大部分液晶來(lái)說(shuō)，負(fù)偏壓在-8V～-9V時(shí)顯示效果較好，所以起始值在02至06之間比較合適。進(jìn)入對(duì)比度調(diào)節(jié)菜單后，通過(guò)按鍵來(lái)增加或減少初始值，每按一次鍵，就把新值送入MAX5438來(lái)改變其輸出電壓。
這是用DC-DC變換器產(chǎn)生可調(diào)負(fù)偏壓從而調(diào)節(jié)對(duì)比度的方法。這種方法適用于系統(tǒng)電路中沒(méi)有可用負(fù)偏壓或負(fù)偏壓不能滿足需要的情況。