高分辨率數字電位器 X9241 的軟件實現

　　引 言

　　與機械電位器相比，數字電位器有許多優點。但是在有些應用場合，數字電位器的分辨率往往達不到設計要求，通常最大抽頭數為1 024。以X9241為例，內部包括一個I2C接口和4個64抽頭的數字電位器，可獨立使用，也可串聯使用，如按常規方法使用，其分辨率較低，即使4個電位器串聯，也只能達到256個抽頭。本文提出了一種軟件、硬件結合的方法，可使電位器的中間抽頭數達到8 001個，分辨率達到0．008％。

　　1 設計原理

　　1．1 基本原理

　　高分辨率數字電位器POT由4個電位器組成，如圖1所示，4個數字電位器POT0、POT1、POT2、POT3均為64抽頭數字電位器。POTO、 POT3的固定端并聯，滑動端分別接POT12的固定端。POT12由POT1、POT2串聯，組成一個127抽頭的電位器。4個獨立電位器阻值相等，可根據需要選取。高分辨率數字電位器的固定端為VH、VL，滑動端為VW，VW由POT1、POT2的2個滑動端并連。

　　假設POT0、POT1、POT2、POT3、POT12的滑動端位置分別為x0、x1、x2、x3、y，POT的滑動端位置為z。

　　現采取以下控制策略：

　　①若POT3的滑動端位置為x，則POTO的滑動端位置同步調節到x+1，即兩電位器始終保持1的間隔，相當于粗調節；

　　②調節POTl2滑動端位置y，相當于把間隔為1的區間再細分若干等分，即細調節。

　　采用等校電路法，可得到z與x、y的關系。

　　設VL、VH端電位分別為0、U，滑動端電位為UW，根據電學公式可得：

　　其中，U0W、U1W分別為POT1、POT1滑動端輸出電位，并加到POT12的兩個固定端。

　　由式(1)、式(2)推出式(3)，得VW端輸出電位。

　　即電位器POT的滑動端相對于VL的電阻阻值為：

　　若規定z的步進增量為1，則有：

　　其中，R為電位器固定端的阻值，x的取值范圍為0～62，y的取值范圍為0～127。z的取值范圍為0～8 001。分辨率為O．008％，中間抽頭數為8 001個。

　　因為x、y、z均為整數，所以有：

　　即x為z／127的取整，y為z／127的取余。

　　1．2 控制算法

　　式(5)、(6)即為實現高分辨率數字電位器的基本公式。為了軟件設計，還必須建立POT的中間抽頭位置z與POT0、POT1、POT2、POT3的中間抽頭位置的關系。

　　根據圖1可知：

　　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。