數(shù)字電位器(DigitalPotenTIometer)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、無觸點(diǎn)、低噪聲、不易污損、抗振動(dòng)、抗干擾、體積小、壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn),可在許多領(lǐng)域取代機(jī)械電位器。
數(shù)字電位器一般帶有總線接口,可通過單片機(jī)或邏輯電路進(jìn)行編程。它適合構(gòu)成各種可編程模擬器件,如可編程增益放大器、可編程濾波器、可編程線性穩(wěn)壓電源及音調(diào)/音量控制電路,真正實(shí)現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”(即單片機(jī)通過總線控制系統(tǒng)的模擬功能塊)這一全新設(shè)計(jì)理念。
目前,數(shù)字電位器正在國內(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。
1 基本工作原理
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l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)過一個(gè)由MOS管構(gòu)成的模擬開關(guān)相連,作為數(shù)字電位器的抽頭。這種模擬開關(guān)等效于單刀單擲開關(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、保存與恢復(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)字電位器與機(jī)械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關(guān)的工作采用“先連接后斷開”的方式,所以在輸入計(jì)數(shù)有效期間,數(shù)字電位器的電阻值與期望值可能會(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)字電位器與機(jī)械式電位器有2個(gè)重要區(qū)別:1)調(diào)整過程中,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管作為開關(guān)電路,并且采用“先開后關(guān)”的控制方法:2)數(shù)字電位器無法實(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。
2 數(shù)字電位器的典型應(yīng)用
數(shù)字電位器的應(yīng)用廣泛,而且按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)也有很多種類,但是基本原理是相似的,這里以三線加/減式接口的數(shù)字電位器X9313為例,介紹數(shù)字電位器的應(yīng)用。
2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
X9313為工業(yè)級(jí)的32抽頭數(shù)控電位器,最大阻值為10kΩ,采用8引腳,有DIP、OIC、FSSOP3種封裝。X9313的內(nèi)部功能框圖,如圖3所示。它由輸入部分、5位E2PROM、存儲(chǔ)和調(diào)用電路、32選l譯碼器、由MOS場效應(yīng)管構(gòu)成的32路模擬開關(guān)、電阻陣列6部分組成。其中輸入部分是5位加/減計(jì)數(shù)器經(jīng)過三線加/減式接口()與單片機(jī)相連,其工作像一個(gè)升/降計(jì)數(shù)器,輸出經(jīng)譯碼,控制接通某個(gè)電子開關(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關(guān)組成。根據(jù)控制端的電平,計(jì)數(shù)器的內(nèi)容還可以儲(chǔ)存到非易失存儲(chǔ)器中以便后續(xù)使用。
2個(gè)頂腳引線分別接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(hào)。在下降沿使計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器輸出譯碼后,經(jīng)過32選1,使滑動(dòng)端的位置沿電阻陣列移動(dòng)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到某個(gè)極端(00000或11111)時(shí),不會(huì)循環(huán)回復(fù),從00000自動(dòng)變成1111l,或從11111變成00000,也就是說當(dāng)為高電平而也為高電平時(shí),計(jì)數(shù)器的值存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器中,系統(tǒng)上電時(shí),器件自動(dòng)將非易失性存儲(chǔ)器中的值送到計(jì)數(shù)器,作為計(jì)數(shù)器的輸出。
2.2典型應(yīng)用
2.2.1 手控調(diào)壓電路
圖4所示為。將VH端接+5V,VL接地。從VW端輸出0~+5V的可調(diào)電壓。R1、R2為上拉電阻。只要按動(dòng)開關(guān)S1,輸出電壓就升高,每按一次電壓升高0.05V,最高可達(dá)5V。如果按住S2即為低電平,此時(shí)按S1則每按一次電壓降低0.05V。容-源-電-子-網(wǎng)-為你提供技術(shù)支持
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