数控电位器原理及应用非常完整的毕业论文

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1、 贵 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 55 页 本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：数控电位器原理及应用 学 院：职业技术学院 专 业：自动化班 级：2004 学 号：PB041357022学生姓名：马磊指导教师：李疆2008年 月 日前言电位器是一种应用最广的电子元件之一。传统的电位器是通过机械结构带动滑片改变电阻值，因此可以称作机械式电位器，其结构简单、价格低，但由于受到材料和工艺的限制，最容易产生滑动片磨损，导致接触不良、系统噪声大甚至工作失灵。随着科技的发展，国外多家公司推出一种采用集成电路工艺生产的电位器，其外形像一只集成块，这种电位器采用数字信号控制，故称为数电位器，亦称数控电

2、位器。数控电位器自20世纪90年代问世以来，就显示出强大的生命力，它是采用数控方式调节电阻的。具有使用灵活、调节精度高、无触电、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显著优点。相对于机械式电位器，使用数控电位器的主要优势是定位精度高，提高系统的可靠性或者提供宽温度范围的性能，消除系统微控制器，提高电子噪声抑制能力；不受机械震动影响，可以简化生产流程，还占用空间较小，提高校准精度和可重复性，并可以通过程控来实现半自动化调节；数控电位器也增加了电路板布线的灵活性。非易失数控电位器的可靠性更高。一次性编程(OTP)数控电位器（如MAX5427-MAX5429），可以在编程后永久保存缺省的

3、抽头位置。另外，由于减小了寄生参数，因而具有较强的抗干扰能力。数控电位器几乎可以在所有应用中替代机械式电位器，以减轻设计人员和最终用户的负担。 相信使用过单片机的人不能不被它强大的功能所折服，我们越来越不敢忽视单片机在电子领域中的作用。数控电位器一般带总线接口，可通过单片机或逻辑电路进行编程。它适合构成各种可编程模拟器件，例如可编程增益放大器、可编程滤波器，可编程线性稳压电源及音调/音量控制电路，是连接数字电路和模拟电路的桥梁，真正实现了“把模拟器件放到总线上”。 目前，数控电位器正在国内外迅速推广，并被大量用到PC、手机、闭环伺服控制、音频设备、仪器偏移调整及信号调理、智能式仪表、复印机、打

4、印机等办公设备、电动机控制、全球定位系统、DSP系统中、家用电器、电力监控设备、工业控制、医疗设备等领域。任何需要用电阻来进行参数调整、校准或控制的场合，都可使用数控电位器构成可编程模拟电路。 在我国还是近几年出现的新型器件，虽然许多人在实际应用中对其不够了解，但正在国内正迅速崛起。在国外，数控电位器被应用于许多高科技领域，且被给予很大的重视。数控电位器的原理与应用基于三线加/减式接口的数控电位器原理与应用第一章 数控电位器的概述1.1 数控电位器的名词术语1.数控电位器的概念 数控电位器是一种专门用来代替传统的机械电位器的新型CMOS数字、模拟混合信号处理集成电路。美国ADI（Analog

5、Devices Inc.模拟器件公司）就是用“Digitally Potentiometer”来表示数控电位器的。2.数控电位器常用的英文缩写如下： DCP （Digitally Control Potentiometer）：数控电位器。美国Xicor公司是世界上最早生产数控电位器的厂家，该公司将数控电位器简称为DCP。 RDAC（Resistance Digital to Analog Converter）：电阻式数/模转换器。因数控电位器的输入为数字量，输出为模拟量，是一种特殊的数/模转换器（DAC），故称之为电阻式数/模转换器。 DPP（Digitally Programmable Po

6、tentiometer）：数控可编程电位器。这是美国CaTalyst公司对数控电位器的简称。 Digital Pot（Digital Potentiometer）：数控电位器。这是美国ADI对数控电位器的一种简称。 DigiPOT（Digital Potentiometer）：数控电位器。这是美国MAXIM对数控电位器的一种简称。 DVR（Digital Variable Resistor）：数字式可变电阻器。 DR（Digital Resistor）：可变（指可编程）电阻器。1.2 数控电位器的主要特点及产品分类1.2.1 数控电位器与机械电位器的性能比较1机械电位器的缺点 传统的机械电位器

7、属于模拟式分立元件，其特点是在标称电阻范围内，通过改变滑动端的位置来获得所需要的任意电阻值。机械电位器的主要缺点如下： （1）性差、噪声大、易污染、怕潮湿、抗振动性差，容易受环境因素的影响。 （2）体积大、使用寿命短。 （3）需要手动调节，不仅耗时、费力，而且调节方法及调节效果因人而异，存在人为误差，至使调节精度低，重复性差。 （4）当触点接触不良时会产生电噪音（即“咔啦”声）。2数控电位器的优点 近年来问世的数控电位器可圆满解决上述问题。数控电位器亦称数控可编程电阻器，简称数控电位器（DCP），是采用CMOS工艺制成的数字-模拟混合信号处理集成电路，能在数字信号的控制下自动改变滑动端位置，从

8、而获得所需要的电阻值。数控电位器本身就是一个包括控制接口、存储器和电阻的系统，它是通过软件和控制接口进行编程的，因此在调节过程中不会产生电噪音。与机械电位器相比较，数控电位器具有以下优点： （1）采用集成电路工艺制成的，没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了因滑片磨损而造成接触不良的问题。 （2）很容易与单片机或计算机接口，通过程序自动调节电阻值，能自动操作，为实现批量产品的自动调节创造了条件。 （3）具有存储设置或数据的记忆功能。用户可记忆或不记忆方式。选择记忆方式时将电位器当前的调节位置保存在非易失存储器中，下次通电时自动恢复这一位置；选择不记忆方式时，当系统通电时数控电位器就自动复位，恢复

9、到出厂时默认的零位或其他位置上，这一特性是机械电位器无法比拟的。 （4）重复性好，可靠性高，密封性好，低噪声，不容易受污染，防潮湿，抗振动、抗冲击，基本不受温度、湿度、压力等环境因素的影响、使用寿命长，能提高系统的可靠性。 （5）体积小，可直接安装在印刷板上，能简化生产流程，提高装配速度，降低系统的成本及维修费用。3数控电位器与机械电位器的性能比较数控电位器与机械电位器典型产品的外形比较如图1.2.1所示。小型机械电位器（含精密多圈电位器）一般要用小螺钉旋具来调整，数控电位器则用数字信号来调整。图1.2.1 数控电位器与机械电位器典型产品的外形比较 数控电位器与机械电位器的性能比较见表1.2.

10、1表1.2.3。从表1.2.3可见，数控电位器具有极高的可靠性能指标（大于99.999%）。表1.2.1数控电位器与机械电位器性能比较之一名称特性电阻变化规律调节方法位置记忆自动恢复使用寿命体积数控电位器集成化有源器件阶梯变化数字控制记忆/不记忆任选有长小机械电位器分立式无源元件连续变化手动控制有无短大1.2.2数控电位器与机械电位器性能比较之二特性数控电位器机械电位器分辨率分辨率高。分辨率是生产厂家的测试指标，因此非常可靠，能够保证从理论上讲，可提供无限高的分辨率，但实际上还要取决于调节人员的熟练程度使用灵活性使用灵活，将多个数字电位器进行级联，可提高其电阻值和分辨率使用不灵活工作条件限制受

11、电源电压的限制主要受滑动片与电介质之间击穿电压的限制电源需要电源供电不需要电源供电机械磨损无机械磨损有机械磨损耐久性调整次数几乎是无限的调整次数有限环境影响一般情况下，不受环境因素的影响容易受振动、冲击、湿度和压力的影响滑的端位置保存设置好的滑动端位置可通过内部（或外部）EPROM长期保存调节滑动端位置时不需要电源。滑动端位置可用石蜡或胶水固定，但以后调整时就很难移动调整通常采用二线或三线串行接口，由微控制器（MCU）进行自动调整。也有的数控电位器是通过按键来调整的，不需要配微控制器。调整时间短需要手动旋钮或用螺钉旋具（螺丝刀）来调整触头，直到欧姆表或电压表上显示出所需要的读数。调整时间长定标

12、线性、对数、指数（一般称作“伪”对数）线性、对数、指数控制距离可实现远程控制，容易实现自动控制不能远程控制，无法实现自动控制噪声无调节噪声当接触不良时会产生噪声温度补偿某些数控电位器中包含温度传感器和非易失存储器，当环境温度发生变化时，可提供查找表来调整电位器输出，实现温度自动补偿不能进行温度补偿成本本身价格稍高，但使用寿命很长，还能节省维修费用，从而降低了总成本本身价格较低，但使用寿命较短，维修费用较高，进行人工调整时还容易出现调整错误，可靠性差，从而大大增加了成本 表1.2.3数控电位器与机械电位器性能比较之三对比项目数控电位器机械电位器生产厂家美国Catalyst公司Beyschlag

13、Centralab公司产品型号CAT5114ST3电阻规格/k1010允许偏差（%）1520结构（分辨力）32抽头单一方向210转角封装形式SOIC-8（小型IC）3L单价（数量100片）/美元0.751.35安装费用/美元0.040.080.040.08调试费用/美元 0.01（自动调节）0.12（人工调节）使用寿命无限长200个使用周期可靠性指标99.999%（即CH、CL。综上所述，可归纳出数控电位器有以下特点：（1） 数控电位器可等效为三端可编程电阻。（2） 互补电阻kR和（1-k）R是输入代码的函数。（3） 数控电位器可视为能输出电阻值的一种特殊的数/模转换器。（4） 数控电位器的输

14、出电阻可转换成电压或电流输出。2.1.2 数控电位器的两种基本配置模式 数控电位器有两种基本配置模式，一种为 可调电阻器模式，另一种为分压器模式，分别如图2.1.2a、b所示。1.配置成可调电阻器将数控电位器配置成可调电阻器时，必须考虑数控电位器的滑动端电阻，图2.1.2a中，H、L分别为数控电位器的高端、低端，W为滑动端的引出端。设H、L端的总电阻为R，滑动端电阻为RW，W-H端的电阻为RWH，W-L端的电阻为RWL。再假设数控电位器的位数为m，对数控电位器进行编程的十进制代码为Dn， 图2.1.2数控电位器的两种配置模式Dn的范围是0（2m-1）。计算RWH、RWL的公 a）配置成可调电阻

15、器 b）配置成分压器式如下： （2.1.2） （2.1.3）在设置数控电位器时，可用式（2.1.2）、式（2.1.3）计算电阻值。当代码为00H（十六进制）时，可将滑动端置于低端L，此时RWL=RW。将代码设置为较高值时，会使滑动端向数控电位器的高端H移动。2.配置成分压器将数控电位器配置成分压器时，因抽头后面接的是高阻抗电路，故不必考虑滑动端电阻的影响，此时RWH、RWL分别可用RH、RL代替。图2.1.2b中，UH、UL分别为H、L两端对地的电压，UW为输出端的对地电压。计算RH、RL的公式如下： （2.1.4） （2.1.5）2.1.3 数控电位器的基本工作原理 数控电位器属于集成化的三

16、端可变电阻器件，其等效电路图如图2.1.3所示。当数控电位器作为分压器使用时，其高端、低端、滑动端分别用UH、UL、UW表示；作可 调电阻器使用时，分别用RH、RL、RW（或H、L、W）来表示。 数控电位器的内部简化电路如图2.1.4 2.1.3数控电位器的等效电路所示。将n只阻值相同或不同的电阻串联在 UH、UL（亦称作RH、RL端）之间，每只电阻的两端分别经过一个由CMOS管 或NMOS管构成的模拟开关连在一起，作为数控电位器（DCP）的抽头。这种模拟开关等效于单刀单掷开关，且在数字信号的控制下每次只能有一个模拟开关闭合，从而将串联电阻的一个节点连接到滑动端。 数控电位器的原理示意图如图2

17、.1.5所示。假定数控电位器为16抽头，步进量为660，滑动端每移动一步，输出电阻值就增加660。考 图2.1.4数控电位器的内部简化电路虑到滑动端无论处于哪一位置，都接着一只模拟开关，该模拟开关的电阻值就是滑动端电阻，也是数控电位器的起始电阻。现假定滑动端电阻为100，当滑动端移动15步时就到达RH端与RL端之间的输出电阻应为100+66015=10。 图2.1.5数控电位器的原理示意图 2.1.4 数控电位器接口电路的基本工作原理 下面分别介绍数控电位器8种接口电路的基本工作原理：（1） 基于按键式接口的数控电位器 按键式接口的特点是通过两个控制信号（、）进行加、减计数，来手动调节数控电位

18、器的电阻值，因此它不需要配单片机。信号用来控制滑动端向UH 端（高端）移动，信号用来控制滑动端向UL（低端）移动。滑动端位置可保存在非易失性存储器（E2PROM）中，使其上电后能自动恢复到原来的位置。按键控制型数控电位器的典型电路如图2.1.6所示。UCC为电源端USS为公共地。为存储使能端，当该端接负脉冲或低电平时，就将计数器内容存储到EPROM中。按下SB1键时，电阻值增加（UP），按下SB2键时，电阻值减小（DOWN）。VD为隔离二极管。当突然掉电时，存储在3.3F电容上的电能可继续为DCP供电，使计数器内容能保存下来。图2.1.6 按键式数控电位器的典型应用（2） 基于单线接口的数控电

19、位器 单线接口简称单线接口，或“1线（1-Wire）接口”。单线接口采用单根信号线，既传输数据位，又传输同步时钟，而且数据是双向传输的。其输入/输出（I/O）接口为漏极开路输出，需接外部上拉电阻。大多数单线器件不需要额外的供电电源，可直接从单线接口上获得足够的电源电流（即寄生供电方式）。它具有结构简单、节省I/O口线资源、成本低廉便于总线扩展和维护等优点，适用于一个主机（单片机）控制一个或多个从机（数控电位器）。单线接口可广泛用于温度测量、湿度测量、气压测量、风向风速测量等环境监测仪器中，适合构成传输速率为100kbt/s以下的监测系统。对速度要求不敢的测控系统，传输距离可达几十米，在总线上允

20、许挂多个基于单线接口的数控电位器，实现多点测控。单片机依次发出操作指令，各数控电位器即可分别完成RDAC转换。图2.1.7 单线接口器件的硬件电路结构 单线接口器件的硬件电路结构如图2.1.7所示，3个引出端分别为单总线（I/O）、电源端（UDD）和地（GND）。器件内部包括产品序列号（ID）、接收电路、发送电路和寄生电源。寄生电源、由二极管（VD1、VD2）和寄生电容（C）组成。采用寄生电源供电时，UDD 端需接地，此时VD2 截止，器件就从单总线上获取电源。当I/O线为高电平时，VD1导通，除向器件供电外，还把一部分电能存储在C中。当I/O线呈低电平时，VD1截止，由C上的电压继续给器件供

21、电。 单线接口器件内包含64位经过激光修正的只读存储器（ROM），扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码（CRC）之后，产品序列号占48位。出厂前就作为该器件唯一的产品序号，存入其ROM中。利用具有唯一性的48位产品序号，还可设计成专供大型宾馆客房或军事仓库使用的保密性极佳的电子密码锁。 采用单线接口的数控电位器简化框图如图2.1.8所示。器件内部主要包括6部分：单线功能控制器，电位器控制器，多路控制器、模拟开关及电阻阵列，64位ROM序列号，内部寄生电源。单片机通过I/O接口来完成下述任务：选择数控电位器，对数控电位器进行读/写操作，控制数控电位器的运行状态。图2.1.8 单线接口的数控电位

22、器简化框图（3） 基于I2C总线接口的数控电位器 I2C总线是由荷兰飞利浦Philips公司推出的一种同步串行总线，被广泛应用于仪器仪表、通信设备、工业测控系统及消费类电子产品中。I2C总线的传输速率较高，在标准模式下可达100kbit/s，在高速模式下可达400kbit/s。 I2C总线属于二线串行接口，包括串行时钟（SCL）线和串行数据（SDA）线。基于I2C总线的数控电位器，内部EPROM可在掉电前存储滑动端的位置。滑动端位置有写入芯片的数据来决定。因为它采用漏极开路（或集电极开路）输出方式，所以SDA线、SCL线端需经过4.7k的上拉电阻接正电源。SDA线和SCL线均为双向I/O口线。

23、总线空闲时皆为高电平。基于I2C总线的数控电位器接收数据的全过程，包括起始位、从机地址（7位）、数据传输方向位（0，写操作）、应答位（0）、命令字节（8位）、应答位（0）、一个数据字节（8位）、应答位（0）、和停止位。从器件每接收到一个字节都要发送一个应答信号（A）。当接收完全部数据后，主机发出停止信号（P）。I2C总线上的接线如图2.1.9所示图中的SCLKN1、SCLKN2分别代表设备1、设备2的串行时钟，DATA为串行数据。图2.1.9 IC总线上的接线图2.1.10 多片X9221型数控电位器的级联方法 基于IC总线接口的数控电位器典型产品有XICOR公司生产的X9221。多片X922

24、1型数控电位器（DCP1DCPn）的级联方法如图2.1.10所示。由于SDO端采用漏极开路输出方式，因此需要接上拉电阻R1Rn。（4） 基于三线加/减式串行接口的数控电位器 三线加/减式串行接口简称三线接口，它属于异步串行接口，通过三根线来传送控制信号，包括片选信号线（CS）、滑动方向控制信号线（U/D）、滑动端控制信号线（INC，又称计数脉冲输入信号线）。采用三线加/减式串行接口的数控电位器简化电路及基本用法分别如图2.1.11a、b所示。Ucc、GND分别接电源和地。UH、UL分别为数控电位器的高端和低端。Uw为滑动端，滑动端位置的数据 就存储在EPROM中，上电时可重新调用，数据能保存1

25、00年。INC为计数脉冲输入端，靠下降沿触发。U/D为加/减计数控制端，接高电平时做加计数，接低电平时做减计数。CS为片选端。图2.1.11 三线加/减串行接口数控电位器的简化电路及基本用法a）内部简化电路 b）基本用法 该数控电位器的内部主要包括以下6部分：加/减计数器（亦称“升/降计数器”）;EPROM中；存储与调用控制电路；译码器；由MOSFET构成飞模拟开关；电阻网络。该数控电位器经过三线串行接口（INC、U/D和CS）与微处理器相连。 其基本工作原理是当CS端接低电平（即选中该芯片）时，INC端每输入一个脉冲，计数器就自动加1，所得到的计数值经过译码后，就接通相应的模拟开关，这相当于

26、滑动端移动一次位置，输出电阻值亦随之改变，当U/D接高电平时滑动端向上移位，使UWUL之间的电阻值RWL 增大；当U/D接低电平时向下移位，RWL 减小。（5） 基于二线加/减式串行接口的数控电位器 二线加/减式串行接口是由三线加/减式串行接口简化而成的，它只有CS、U/D两个端口，没有计数脉冲输入INC端口。必须利用CS、U/D端来实现对数控电位器的控制功能。其内部简化电路如图2.1.12所示。其工作原理是当CS端从高电平变成低电平且U/D端为高电平时，进入增加电阻模式；若此时U/D端为低电平，则进入减小模式。此后，U/D端每接收一个上升沿，器件会根据当前模式使滑动端位置加1或减1。图2.1

27、.12 基于二线加/减控制接口的数控电位器简化电路（6） 基于SPI的数控电位器 SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）是由Motorola提出的一种同步串行外围总线接口，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信。在速度要求不高、低功耗、需保存少量参数的智能仪表及测控系统中得到广泛应用。使用SPI不仅能简化电路设计，还可提高系统的可靠性。SPI通过4根线与主机通信。其中，SCK为串行时钟线，在时钟的上升沿，数据输入有效；MOSI为主机输出、从机输入信号端，MISO为主机输入、从机输出端，CS为从机选择端。单片机作为主机，数控电位器就作为从机。S

28、PI系统的典型结构如图2.1.13所示。图2.1.13 SPI系统的典型结构 图2.1.14 4片AD5282型数控电位器与SPI总线的接口电路 数控电位器的生产厂家通常对SPI作了自定义。例如，美国Microchip公司生产的MCP41XXX/42XXX系列数控电位器，是用SCK代表串行时钟端、SI代表串行数据输入端、CS代表片选端的。而ADI公司生产的AD5282则用SCL表示串行时钟端，SDA表示串行数据输入端，用两个地址端AD1、AD0来代替片选端。4片AD5282型数控电位器（DCP1DCP4）与SPI电路如图2.1.14所示。该系统采用+5V电源，R1、R2分别为SDA、SCK口线

29、的上拉电阻。当AD1、AD0端的逻辑状态分别为00、01、10、11时，总线依次选中DCP1DCP4。（7） 基于Microwire总线接口的数控电位器 Microwire总线接口是美国国家半导体公司（Natinal Semiconductor Corp.，NSC）提出的一种总线标准接口，简称总线接口。其典型产品有美国Catayst公司生产的CAT521CAT525。基于Micowire总线的数控电位器简化框图2.1.15所示。CLK为时钟输入端。RDY/BSY为准备/忙碌状态输出端。CS为片选端。DI和DO分别为串行数据的输入端、输出端。PROG为EPROM的使能端。UREF+ 、UREF-

30、分别接外部基准电压的高端、低端。图2.1.15 基于Microwire总线接口的数控电位器简化框图（8） 基于二线并行接口的数控电位器 这种接口只有两根并行口线（D0、D1），所对应的数控电位器典型产品有MAX5430、MAX5431。基于二线并行接口的数控电位器内部框图及简化电路，分别如图2.1.16、2.1.17所示。D1、D0分别为输入数据的高有效位和低有效位。数控电位器内部只有4只串联电阻，其阻值分别为R、R、2R、4R。当D1、D0端的输入数据依次为00、01、10、11时，所对应的输入电阻与输出电阻的比率分别为1、2、4、8，输出电阻值则为R、2R、4R、8R，可将外部可编程放大器

31、的增益分别设置为1、2、4、8倍。 图2.1.16 基于二线并行接口的 图2.1.17 基于二线并行接口数控电位器内部框图 的数控电位器简化电路 2.2 数控电位器的基本应用 2.2.1 数控电位器的应用领域数控电位器的应用领域如下：偏压或增益调节；LCD背光、对比度调节（通常选用低分辨率的数控电位器，即可满足要求）；汽车类电子产品；可编程模拟器件（例如可编程滤波器、可编程延迟电路、可编程阻抗匹配电路、可编程函数波形发生器）；智能仪器仪表（如自动平衡电桥）；电动机控制；PC、手机；个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）；全球定位系统（Global Posi

32、tion System，GPS）；光纤监测及控制（例如在光纤模块中对偏置电流和调制电流进行控制）；医疗保健产品；复印机、打印机等办公设备；可编程稳压电源及电源校准；传感器校准及系统微调；音频、视频产品（若选用高分辨率的数控电位器，即可获得宽动态响应范围）；工业控制；电力监控设备；复费率电能表、智能煤气表、安检及监控产品；灯光控制； 目前，数控电位器已被广泛用于汽车发动机电子线路、导航系统中枢单元、传感器系统和照明控制中，为汽车系统集成提供了简单的解决方案。例如，AD5227和AD5228小型单步加/减式控制数控电位器适合于音量控制。对于汽车导航系统中的平板液晶显示器（LCD），使用ADI公司开

33、发的AD5258/AD5254/AD5232非易失性数控电位器，可取代机械电位器，自动调节LCD的亮度和对比度。 2.2.2 数控电位器的串联、并联 1.数控电位器的串联方法 利用串联方法可增大数控电位器的阻值范围，串联方法如图2.2.1所示。将两只数控电位器DCP1、DCP2串联，DCP1的滑动端与其一端互相短接，以DCP2的滑动端作为输出。通过两个滑动端可将DCP1分为R1，R2两部分（实际上R2=0），将DCP2分为R3，R4两部分。图2.2.1 数控电位器的串联方法a）串联后的输入、输出电路 b）串联后作可变电阻使用在图2.2.1a中，设输入电压为U1，输出电压为U0，则有关系式 （2

34、.2.1）作可变电阻使用的串联电路如图2.2.1b图所示，总阻值为R1+R2。若DCP1、DCP2原来的抽头数分别为N1、N2，则串联后的总抽头数为（N1+N2-1），总共可输出（N1-1）N2种电阻值。2.数控电位器的并联方法采用并联法能提高分辨率。若将两只数控电位器作分压器使用按图2.2.2a所示进行并联，则其输出电压为 （2.2.2）作可变电阻时的并联电路如图2.2.2b所示，总阻值为R2R3/（R2+R3）。图2.2.2 数控电位器的并联方法a）并联后的输入、输出电路 b）并联后作可变电阻使用 3.数控电位器的混联方法将3只数控电位器进行混联使用时，还可将DCP1和 DCP3作为粗调使

35、用，DCP2作为微调使用。设DCP1、DCP2、DCP3的抽头数分别为N1、N2、N3，按照图2.2.3a所示进行混联后，可获得（N1-1）N2N3种不同的电阻值，其输出电压为图2.2.3 数控电位器的混联方法a）混联后的输入、输出电路 b）混联后作可变电阻使用 (2.2.3)作可变电阻使用时的混联电路如图2.2.3b所示，其总阻值为R1+(R2+R5)/R3+R6。2.3.3 数控电位器的选择方法 数控电位器的型号繁多，性能各有差异。怎样选择合适的数控电位器，是使用人员所关注的一个焦点问题。选择数控电位器的流程图如图2.2.4所示。选择步骤如下：选择缓冲及驱动能力选择抽头数选择路数选择总电阻

36、值 选择电阻值变化特性 选择滑动端数选择工作电压 选择存储类型易失性存储器非易失性存储器 控制方式 按键式IC总线SPI总线EPROM OTP 控制方式 控制方式 按键式 按键式IC总线IC总线 三线加/减式接口 二线加/减式接口Microwire总线图2.2.4 选择数字电位器的流程图1.选择抽头数 数控电位器的抽头数主要有16抽头、32抽头、64抽头、128抽头、256抽头、512抽头、1024抽头，有的厂家还生产100抽头的控字电位器（例如X9C102、X9C103、X9C104和X9C503），实际上它是从128抽头简化而来的。数控电位器的抽头数愈多，分辨率就愈高。2.选择路数 数控电

37、位器的路数亦称通道数，它表示芯片内部所包含数控电位器的个数。常见的有单路、双路、四路和六路数控电位器。多路数控电位器适用于立体声音响设备等领域。3.选择总电阻值 数控电位器的总电阻值主要有1k、10k、50k、100k、200k、1M。4.选择电阻值变化特性 根据数控电位器电阻值变化特性，可分为线性、对数型和指数型数控电位器。指数型数控电位器有时也称作“伪对数”型。设计可编程放大器时，应选择线型数控电位器。对数型和“伪对数”型数控电位器适用于音量/音响控制。5.选择滑动端数 一般情况下可选择单滑动端数控电位器。在设计自动平衡音量控制等电路时，选择双滑动端数控电位器可简化电路设计。6.选择工作电

38、压 按照工作电压的高低来划分，有低压数控电位器、高压数控电位器两种。按照电源电压的种类来划分，又有单电源、双电源之分。数控电位器的工作电压主要有+5V、2.5V、5V、15V、+15V、+30V等规格。其中，采用15V、+30V供电的属于高压数控电位器。7.选择缓冲及驱动能力选用内含输出缓冲器的数控电位器（例如X9438、CAT5111）能实现与后级电路的隔离并可驱动低阻抗负载。8.选择存储类型 存储类型大致可分成两种：非易失性数控电位器和易失性数控电位器。一次可编程（OTP）也属于非易失性数控电位器，其特点是滑动端位置一旦设定好之后，就不能再做修改了。9.选择控制方式 数控电位器的控制方式分

39、手动、自动两种。手动控制必须配按键开关。实现自动控制的方法很多，可根据实际情况选择单线接口、I2C总线接口、SPI总线接口、Microwire总线接口或三线加/减式串行接口的数控电位器。10.选择特种数控电位器 特种数控电位器是专为满足用户的一些特殊需要而设计的。例如，带运算放大器的数控电位器、带电压监控器的数控电位器等。此外，还有专供设计可编程精密分压器的数控电位器（例如MAX5128）、适用于光纤检测与控制的数控电位器（例如DS1862）等。第三章 三线加/减式接口的数控电位器原理与应用3.1 X931X、X9CXX系列数控电位器 X931X、X9CXXX系列是原Xicor（现已并入Int

40、ersil公司）生产的数控电位器，其中，X931X系列包含8种型号：X9312，X9313，X9314，X9315，X9316，X9317，X9318，X9319；X9CXXX系列包含4种型号：X9C102，X9C103，X9C104，X9C503。上述产品均可用于直流偏压调整、增益和失调电压调整、可编程稳压器、液晶显示器或激光二极管的偏压电路。3.1.1 X931X、X9CXXX系列的工作原理 X931X系列和X9CXXX系列的引脚排列完全相同，均采用DIP-8或SOIC-8封装，引脚排列如图3.1.1所示。X9313、X9314、X9315和X9316的内部框图如图3.1.2它们均属于单路

41、32抽头数控电位器。芯片主要包括以下6部分：5位加/减计数器，经过三线加/减式接口（INC、U/D 图3.1.1 X931X、X9CXXX 和CS）与单片机相连；5位EPROM；存储与 系列的引脚排列图调用控制电路；32选1译码器；由MOS场效应晶体管构成的32路模拟开关；电阻阵列，由31个电阻单元（r）串联而成，分辨率为（1/31）100%3%。图3.1.2 X9313、X9314/X9315和X9316的内部框图 X9312、X9317、X9318和X9319均属于单路100抽头数字电位器，它们的内部框图与图3.1.2的区别仅仅是采用7位加/减计数器和7位EPROM。 X931X、X9CX

42、XX系列有多种工作模式可供选择，详见表3.1.1。表中的“X”代表任意状态，“”代表上升沿，“”代表下降沿。时序波形如图3.1.3所示。表3.1.1 工作模式的选择 工作模式01滑动端向上移位00滑动端向下移位1存储当前滑动端的位置1待机模式0不存储，退回到待机模式图3.1.3 时序波形图 在X931X、X9CXXX系列中，只有X9314属于对数型数控电位器，其衰减特性曲线如图3.1.4所示，X9314适合构成可编程增益功率放大器，因为功率放大器的增益一般用对数（dB）来表示。图3.1.4 X9314的衰减特性曲线3.1.2 X931X、X9CXXX系列的典型应用 （1）带缓冲器的基准电压源

43、一种带缓冲器的基准电压调节电路如图3.1.5所示。它是由X931X、X9CXXX系列数控电位器和MC1403构成的。MC1403是美国Motorola公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源，其电压温度系数T可达1010-4%/，输入电压范围是U1=+4.5+15V，输出电压为U0=2.500V（典型值）。U0经过数控电位器分压后，得到02.5000V范围内的任意基准电压值。再经过由LMC7101组成的缓冲器（A），获得所需要的基准电压UREF。LMC是美国NSC公司生产的低功耗、具有满幅电源电压输出特性（简称为“轨对轨”，Rail-to-Rail）的运算放大器，最大输出电流可

44、达20mA。图3.1.5 带缓冲器的基准电压源电路 （2）手控调压电路 由X9312构成0+5.00V输出的按键式调压电路如图3.1.6所示。将UH端+5V，UL端接地。从UW端输出0+5.00V的可调电压。R1、R2均为上拉电阻。若只按动开关S1，输出电压就升高，每按一次S1，电压就升高0.05V，最高到5.00V；若按住S2后不松开（使U/D端保持低电平），再按动S1时，输出电压就会降低，每按一次S1，电压降低0.05V，最低到0V。因CS端接地，故不能对滑动端位置进行存储，每次上电时自动将输出电压调整到0V。图3.1.6 0+5.00V输出的按键式调压电路 （3）可编程增益音频功率放大器

45、电路 由X9314对数型数控电位器和LM386构成的可编程增益音频功率放大器电路如图3.1.7所示。LM386是美国NSC公司生产的低电源电压音频功率放大器，采用+5V电源供电时，最大输出功率可达250mW。音频信号经过隔直电容C1接X9314的UH端，经过X9314分压后，再通过低通滤波器（R1、C3）滤除高频率噪声，送至LM386的同相输入端。LM386的输出经过输出缓冲网络（R2、C6）和输出耦合电容C7，驱动4扬声器。当LM386的第1脚和第8脚开路时，其增益为20倍，折合20Ig20=26dB。若在第1脚和第8脚之间接上10F电容器C8，则增益可提高到200倍，折合20Ig200=4

46、6dB。单片机通过三线加/减式接口来控制X9314的输出电压，即可调节音频功率放大器的增益。此外，只需增加振荡电路及门电路后，X9314还可配按键开关，实现手动控制增益。若采用LM380型音频功率放大器并使用+12V电源，则最大输出功率可提高到1W。 图3.1.7 可编程增益音频功率放大器电路（4）基于数控电位器的功率调节电路UH 在科学研究和工业生产的许多领域中，人们都需要对各类加热炉的内部温度进行监测和控制。采用单片机来对它们进行监测控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高受控对象的技术指针。 单片机通常是通过输入信道将温度传感器感受到的被控对象当前温度转变为数字量并输入到单片机内，单片机求出输入的当前温度值与设定值的偏差，并根据该偏差进行PID运算，最后根据PID运算的结果，通过功率调节电路改变给定周期内加热丝的通电时间来实现对温度的控制。功率调节电路调节功率的实质是利用占空比的调节来改变加热丝的平均功率，整个控制系统是一个典型的死循环系统。功率调节电路是控制系统的执行机构，不仅要求输出功率大，还要求能根据需要对输出功率进行精确的调节，是系统中最关键、最昂贵的组成部分，也常常是故障率最高的部分。 采用X9312和NE555组成占空比可调的