高分辨率數字電位器的軟件實現

2 硬件電路
2．1 X9241數字電位器
X9241是Xicor公司生產的數字電位器，內部包括1個I2C接口和4個64位數字電位器POTO、POT1、POT2、POT3。每個數字電位器由電阻陣列及與之對應的滑動端計數寄存器WCR、4個位數據寄存器R0～R3等部分構成。其引腳配置如圖3所示。

每個電位器由63個電阻段組成，每個電阻陣列的物理終端等效于機械電位器的固定端(VH、VL)。每個陣列的VH和VL以及每個電阻段之間的接點(即抽頭)通過FET開關連接滑動輸出端，而滑動端在電阻陣列中的位置由從WCR控制。其中，VW、VW1、VW2、VW3分別為4個電位器的滑動端，VL0、 VL1、VL2、VL3分別為4個電位器的低端、VH0、VH1、VH2、VH3分別為4個電位器的高端。如果將4個電阻陣列中的2個、3個或4個串聯，可構成127、190或253抽頭的數字電位器。芯片采用I2C總線接口，SDA、SCL分別為串行數據和串行時鐘。A0～A3為芯片地址設置位。
X9241提供了把陣列串聯起來的方法，可以把1個陣列的63個電阻元件與1個相鄰陣列的電阻元件串聯起來。其控制位在3字節的指令中，其數據字節包括用來定義滑動端位置的6位(LSB)加上高2位：CM(串聯方式)和DW(禁止滑動端)。數據字節如下所示：

2．2 電路設計
根據圖1的設計原理和圖3的引腳配置圖，可實現高分辨率數字電位器的電路設計，如圖4所示。
①SDA、SCL是I2C總線的串行數據和串行時鐘，與單片機的I／O線相連，單片機是主器件，X9241是從器件，器件地址為：
0 1 0 1 A3 A2 A1 A0
高4位固定，低4位由A3～A0的接線方式所決定，按照圖4電路的接線方式，X9241的從地址為50H。
②為了提高線性度，可在VW0與VL1之間加入1級運算放大器組成的跟隨器，VW3與VH2之間也加入1級。其改進電路如圖5所示。