基于單片機的數(shù)字電位器的設計

分辨率擴展

Ra和Rb同時并聯(lián)在輸入信號Vin的兩端，其抽頭數(shù)均為32。Ra和Rb的輸出作Rc端口電壓VH和VL設置，Ra始終比Rb高一個位置間隔，這樣就可以將1/32Vi～31/32Vi共31種輸入信號的電壓變化加到Rc兩端。由于Rc選用了100抽頭的DCP，從而可以在Rc輸出端得到31×(100-1)=3069級的Vin線性電壓值。

隨著Rc滑動端上下移動，Ra和Rb的位置也在MCU的控制下進行相應調(diào)整。在上移過程中，設Rc滑動端上移值與目前所在位置值相加后的值為M。若M小于100，說明這時只是Rc的滑動端發(fā)生移動，而Ra和Rb的滑動觸點位置不變;若M值超過100，則Ra和Rb的觸點均上移1個滑動位，Rc的滑動端返回M減去100之后所得實際值決定的觸點位。類似地，在抽頭下移過程中，若Rc的滑動端需要下移到抽頭0以下時，則Ra和Rb的滑動端也需要同步下移1位，以保持電位器實際調(diào)整步數(shù)的平衡。

電位器Rc的抽頭輸出端設置了一級電壓跟隨器，可以減小因負載并聯(lián)對級聯(lián)后分壓系數(shù)的影響。電位器觸點的滑動過程屬于不連貫的步進調(diào)節(jié)方式，故Rc的電阻值不是連續(xù)變化而是在滑動端調(diào)整到位后才具有所希望的輸出，這樣會使得輸出電壓出現(xiàn)一些小幅跳變。但由于輸入信號Vin的絕對增量并不大，且整個電位器擴展系統(tǒng)的分辨率很高，對此我們可在Rc電位器的滑動輸出端對地并聯(lián)一只1000～2200pF的小電容C1，以減小輸出電壓的波動。

上述電位器分辨率擴展的思路具有較高的可行性與移植性，此前曾應用在我們的一項程控增益可編程高速放大器的系統(tǒng)設計方案中，取得很好的使用效果。

電阻值指數(shù)化

DCP的指數(shù)化處理采用軟件方式實現(xiàn)，不需要額外增加硬件。由于通用單片機的函數(shù)運算功能非常有限,因此在算法上，將電位器每級切換所要求的觸點移動步數(shù)以數(shù)組形式保存在單片機的ROM中。阻值調(diào)整時，MCU根據(jù)按鍵的UP/DOWN狀態(tài)和當前的階數(shù)值以查表方式取得各只DCP的實際偏移量，然后再由MCU控制DCP執(zhí)行相應的步進切換動作?？紤]到3069級的實際分辨率，系統(tǒng)從零到滿幅輸出共設置了24級的步進階數(shù)，優(yōu)于市場上主流機械式步進電位器18～21的步進階數(shù)，具體的階數(shù)與電位器抽頭偏移量關(guān)系可參見表1。從表中不難看出，系統(tǒng)將DCP擴展到3069的高分辨率正是為了適應電位器阻值在指數(shù)化調(diào)整過程中步進值的精確辨析。

表1 階數(shù)與電位器抽頭偏移量關(guān)系

X9312與X9313是不能直接從片內(nèi)存儲單元讀出滑動端當前所在位置的，因此，為了記憶各只數(shù)字電位器滑動觸點的實際位置，必須在程序中設置變量對不同電位器的觸點位置進行記憶。

結(jié)束語

高分辨率指數(shù)式數(shù)字電位器的解決方案以較低成本實現(xiàn)了通用型線性數(shù)字電位器在音響系統(tǒng)中的應用，具有較好的工程應用前景和推廣價值。此外，由于DCP的指數(shù)式高分辨率擴展僅僅占用了很少的系統(tǒng)資源，因而可將MCU的剩余端口資源應用在音量狀態(tài)的指示以及紅外信號解碼等功能性環(huán)節(jié)中，以完善系統(tǒng)功能。