數(shù)字電位器芯片X9511的應(yīng)用擴(kuò)展
引言
數(shù)字電位器在我國(guó)還是近幾年出現(xiàn)的新型器件,該器件一出現(xiàn),就以其調(diào)節(jié)準(zhǔn)確方便,使用壽命長(zhǎng),受物理環(huán)境影響小,性能穩(wěn)定等特點(diǎn),而被廣大電子工程技術(shù)人員所接受。但數(shù)字電位器本身能夠承受的電流和電壓有限,因而需要擴(kuò)展,同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中,數(shù)字電位器的阻值范圍及分辨率也需要擴(kuò)展,本文介紹的擴(kuò)展方案適用于各種信號(hào)的數(shù)字電位器。
數(shù)字電位器簡(jiǎn)介
數(shù)字電位器是可用數(shù)字信號(hào)控制電位器滑動(dòng)端位置的新型器件,一般分按鈕控制和串行信號(hào)控制兩種,x9511就是xicor公司生產(chǎn)的理想按鍵式數(shù)字電位器,它內(nèi)含31個(gè)串聯(lián)電阻陣列和32個(gè)軸頭。軸頭位置由兩個(gè)按鍵控制,并且可以被存儲(chǔ)在一個(gè)e2prom存儲(chǔ)器中,以供下一次通電時(shí)重新調(diào)用,并自動(dòng)恢復(fù)軸頭位置,x9511有1kω和10kω的x9511z和x9511w兩種規(guī)格。
x9511內(nèi)部由計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器、譯碼器、模擬開(kāi)關(guān)和電阻陣列等電路組成,其中計(jì)數(shù)器是5位可逆計(jì)數(shù)器,可用于對(duì)控制信號(hào)pu(或pd)進(jìn)行加(或減)計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在ase的控制下存儲(chǔ)非易失性存儲(chǔ)器中。計(jì)數(shù)器的數(shù)值經(jīng)過(guò)32選1譯碼器譯碼后可用于控制模擬開(kāi)關(guān),32個(gè)模擬開(kāi)關(guān)相當(dāng)于電位器的32個(gè)軸頭,電阻陣列由采用集成電路工藝制作的31個(gè)串聯(lián)一起的電阻構(gòu)成,電阻兩端分別連接模擬開(kāi)關(guān)的一端,而模擬開(kāi)關(guān)的另一端連接在一起構(gòu)成數(shù)字電位器的滑動(dòng)端(vw),譯碼器的輸出端可控制模擬開(kāi)關(guān)的通斷,從而實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸頭位置的變化。
x9511的計(jì)數(shù)器電路具有以下特點(diǎn):
◆ 輸入端具有內(nèi)部上拉電阻和消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的抗擾電路,當(dāng)輸入脈沖寬度小于40ms時(shí),計(jì)數(shù)器將其視為干擾信號(hào)而不進(jìn)行計(jì)數(shù);
◆ pu和pd引腳可直接連接一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)到地,當(dāng)按鈕按下時(shí),在pu或pd端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖,使計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1(按pu鍵)或減1(按pd鍵)計(jì)數(shù);
◆ 能將計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器e2prom中長(zhǎng)期保存;
◆ 能在上電時(shí)自動(dòng)將e2prom中的數(shù)據(jù)恢復(fù)到計(jì)數(shù)器中;
◆ 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到最大值“31”時(shí),pu按鍵失效,而計(jì)數(shù)到最小值“0”時(shí),pd按鍵失效,從而避免循環(huán)計(jì)數(shù),保證電位器調(diào)到最大位置時(shí)不會(huì)跳到零位,或從零位跳到最大位置。
◆ 具有慢速和快速計(jì)數(shù)選擇,當(dāng)輸入負(fù)脈沖寬度小于250ms時(shí)為慢速計(jì)數(shù)方式,此時(shí)按一下按鍵計(jì)數(shù)器將執(zhí)行加1(或減1)操作,當(dāng)脈沖寬度大于250ms時(shí),計(jì)數(shù)器為快速(連續(xù))計(jì)數(shù)方式,此時(shí)1秒鐘以?xún)?nèi),電路將以250ms的速率連續(xù)計(jì)數(shù),若按鍵按下的時(shí)間大于1秒,計(jì)數(shù)器將以5ms的速率遞增或遞減,直到滑動(dòng)端滑到最高或最低軸頭位置,當(dāng)按鍵一釋放后,計(jì)數(shù)器立即停止計(jì)數(shù),電路返回到等待狀態(tài)。
x9511的管腳功能鍵表1所列,基本應(yīng)用電路如圖1所示,圖1是用x9511組成的0-+5v可調(diào)分壓電路,圖中,vh端接+ 5v,vl端接地,從vw端輸出0-+5v可調(diào)電壓,按動(dòng)開(kāi)關(guān)k1,輸出電壓增大,最大為+5v,按動(dòng)k2時(shí),電壓減小,最小為0v,按下按鍵k3后再釋放即完成一次手動(dòng)的滑動(dòng)端位置存儲(chǔ),這樣即可將當(dāng)前的滑動(dòng)端位置存儲(chǔ)到e2prom中以作為滑動(dòng)端下一次上電時(shí)的初始位置。
數(shù)字電位器的端點(diǎn)電流電壓擴(kuò)展
目前所有的數(shù)字電位器的端點(diǎn)所能夠承受的電流都不會(huì)很大,一般只有1-3ma,能承受的電壓也不高(一般在-5-+5v,或是0-15v之間,這使其在應(yīng)用上受到了限制,為此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)展。
圖2是輸出端電流擴(kuò)大的擴(kuò)展方案,擴(kuò)流電路由運(yùn)算放大器擔(dān)任,電路中將其連接成典型的電壓跟隨器形式,u0的電壓跟滑動(dòng)端vw的電壓保護(hù)一致,從而保證了電位器的分壓比不變,而此時(shí)輸出電流不再是1-3ma,而變成了電壓跟隨器的輸出電壓,從而擴(kuò)展了數(shù)字電位器x9511的滑動(dòng)端所能夠承受的電流,例如,使用ad510做電壓跟隨器時(shí),輸出電流可達(dá)10ma,使用ha2840做電壓跟隨器時(shí),輸出電流可達(dá)20ma,使用lh0021做電壓跟隨器時(shí),輸出電流可達(dá)800ma。
圖3是輸出端電壓增大的擴(kuò)展方案,該電路中,擴(kuò)流電路由運(yùn)算放大器擔(dān)任,并將其連接成典型的電壓放大器,u0的電壓是放大了的滑動(dòng)端vw端的電壓,其電壓的幅值可以大于vw端的電壓,也可以小于vw端的電壓,從而改變輸出電壓(0-5v)的范圍,尤其是在需要提高輸出電壓的情況下,更突出了該擴(kuò)展的優(yōu)越性,例如,使用op-02做放大器時(shí),輸出電壓在-20-20v之間,使用lm324做放大器時(shí),輸出電壓范圍可以-15-15v或0-30v。
在圖2和圖3中,ase引腳將通過(guò)電阻r接到vcc電源,平時(shí)為高電平,當(dāng)按鍵k3按下并釋放后,電路將完成一次手動(dòng)的滑動(dòng)端位置存儲(chǔ),從而將當(dāng)前的滑動(dòng)端位置存儲(chǔ)到e2prom中以作為滑動(dòng)端下一次上電時(shí)的初始位置。
數(shù)字電位器的級(jí)聯(lián)擴(kuò)展
◇ 數(shù)字電位器的串聯(lián)級(jí)聯(lián)
圖4所示是將電位器w1、w2進(jìn)行串聯(lián)的連接電路,其中圖4(a)是將w1滑動(dòng)端與其一端短接,而將w2的滑動(dòng)端作為輸出,設(shè)w1滑動(dòng)端將其分成的兩部分分別為r1、r2、w2的滑動(dòng)端將w2分為r3、r4兩個(gè)部分,那么,若輸入電壓信號(hào)ui,輸出為uo,則有:
◇ 數(shù)字電位器的并聯(lián)級(jí)聯(lián)
用并聯(lián)級(jí)聯(lián)可以更大范圍地將分辨率提高,若兩只數(shù)字電位器的并聯(lián)級(jí)聯(lián)如圖5(a),則其輸出為:
當(dāng)用數(shù)字電位的并聯(lián)級(jí)聯(lián)作可變電阻時(shí),其連接方法如圖5(b),該電路的阻值為:
r0=r2r3/r2+r3
在實(shí)際應(yīng)用中,可將w1作為粗調(diào),w2作為微調(diào)使用,設(shè)w1軸頭數(shù)為p1,w2軸頭數(shù)為p2,那么,經(jīng)圖5級(jí)聯(lián)后,其調(diào)整級(jí)數(shù)為(p1-1)p2。
利用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)電壓/電阻轉(zhuǎn)換
在工業(yè)控制和偏置調(diào)節(jié)電路中有時(shí)需要將電壓轉(zhuǎn)換成電阻,這一過(guò)程在具體實(shí)施時(shí)有一定的難度,圖6所示電路就是利用兩路數(shù)字電位器提供這種轉(zhuǎn)換的一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換方案,圖6中數(shù)字電位器u3和運(yùn)算放大器u1、u2構(gòu)成數(shù)字式跟蹤-保持電路,u3通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)部分壓比來(lái)保證vw跟蹤vi。這樣,滑動(dòng)電阻將與vi成正比。
由于數(shù)字電位器u3和u4的數(shù)字輸入是連接在一起的,因此,u4的滑動(dòng)端位置與u3相同,對(duì)應(yīng)端之間的阻值也相同,這樣就可得到與vi成正比的電阻,從而實(shí)現(xiàn)電壓/電阻的轉(zhuǎn)換。
為跟蹤vi,在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí),數(shù)字電位器u3的滑動(dòng)端位置(中心軸頭)會(huì)向上或向下移動(dòng),u1、u2會(huì)對(duì)模擬輸入(vi)和滑動(dòng)端電壓(vw)進(jìn)行比較。如vi>vw,u2輸出電平,u1輸出低電平,并使滑動(dòng)端位置向上移動(dòng),vw增大,vw保持遞增狀態(tài),直到vw大于vi為止,然后,u1輸出高電平,u2輸出低電平,控制滑動(dòng)端向下移動(dòng),對(duì)應(yīng)每個(gè)時(shí)鐘周期,滑動(dòng)端將根據(jù)需要向上或向下移動(dòng),以跟蹤為vi。分壓器的參考輸入(vh和vl)決定著輸入電壓的范圍,如果vi在于0-5v之間,則使vl=gnd,vh=5vcc。
由于u3和u4的數(shù)字輸入端連在一起,并且滑動(dòng)端位置相同,所以輸出電阻將隨著vi改變,但這種情況下,即使vi保持恒定,輸出電阻也會(huì)在兩個(gè)相鄰狀態(tài)之間連續(xù)轉(zhuǎn)換,例如,如果電位器的端到端電阻為10kω,當(dāng)滑動(dòng)端電阻設(shè)置在5kω時(shí),輸出電阻將隨時(shí)鐘在5kω和5.3125kω之間轉(zhuǎn)換,圖6中,ase引腳通過(guò)電阻r接+ 5v電源,平時(shí)為高電平,當(dāng)按鍵k按下并釋放以完成一次手動(dòng)的滑動(dòng)端位置存儲(chǔ)后,電路會(huì)將當(dāng)前的滑動(dòng)端位置存儲(chǔ)到e2prom中以作為滑動(dòng)端下一次上電時(shí)的初始位置。
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)數(shù)字電位器的應(yīng)用擴(kuò)展,可解決其本身承受電流和電壓有限的缺點(diǎn),從而解決了在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)字電位器的阻值范圍及分辨率不夠的不足,同時(shí)或可以實(shí)現(xiàn)電壓/電阻的轉(zhuǎn)換,因此,該方案大大拓展了數(shù)字電位器的用途。
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評(píng)論