數字電位器原理(圖文)
數字電位器（DigitalPotenTIometer）亦稱(chēng)數控可編程電阻器，是一種代替傳統機械電位器（模擬電位器）的新型CMOS數字、模擬混合信號處理的集成電路。數字電位器采用數控方式調節電阻值的，具有使用靈活、調節精度高、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(cháng)等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，可在許多領(lǐng)域取代機械電位器。
數字電位器一般帶有總線(xiàn)接口，可通過(guò)單片機或邏輯電路進(jìn)行編程。它適合構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(xiàn)性穩壓電源及音調／音量控制電路，真正實(shí)現了“把模擬器件放到總線(xiàn)上”（即單片機通過(guò)總線(xiàn)控制系統的模擬功能塊）這一全新設計理念。
目前，數字電位器正在國內外迅速推廣，并大量應用于檢測儀器、PC、手機、家用電器、現代辦公設備、工業(yè)控制、醫療設備等領(lǐng)域。
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10kΩ，采用8引腳，有DIP、OIC、FSSOP3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。
2．2典型應用
2．2．1 手控調壓電路
圖4所示為。將VH端接+5V，VL接地。從VW端輸出0～+5V的可調電壓。R1、R2為上拉電阻。只要按動(dòng)開(kāi)關(guān)S1，輸出電壓就升高，每按一次電壓升高0．05V，最高可達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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