高分辨率數字電位器 X9241 的軟件實現

　　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。

　　3 程序設計

　　3．1 讀寫單個數字電位器函數設計

　　根據X9241的指令結構和控制時序，可以編寫讀寫單個數字電位器的程序。

　　(1)改變電位器中間抽頭命令(寫WCR)時序以寫電位器POT0為例，把電位器0的中間抽頭WCR設置為20H(X9241每個電位器的最大抽頭數是 64，即有效值小于63)。命令控制字為101000000B，即AOH；若在電路中AOA1A2A3均接低電平，則器件地址為01010000B，即 50H。其命令序列如下：

　　Start→發送地址50H→Ack→發送命令字A0H→ACK→發送20H→ACK→Stop。

　　(2)讀電位器中間抽頭位置命令(讀WCR)時序以讀電位器POT1為例，把電位器1的中間抽頭WCR位置值讀回。命令控制字為100100000B，即90H；若在電路中AOA1A2A3均接低電平，則器件地址為01010000B，即50H。其命令序列如下：

　　Start→發送地址50H→Ack→發送命令字90H→ACK→接收1個字節→ACK→Stop。

　　3．2 主函數設計

　　本函數的功能是把設計的數字電位器POT的中間抽頭位置z轉換為4個獨立數字電位器POT0～POT3的中間抽頭位置寄存器WCR的值x0～x3，同時控制POT1、POT2的控制位CM和DW，如圖6所示。

　　在流程圖中，當y64時，POT12(由POT1和POT2串聯)的中間抽頭位置在POT2范圍內，所以POT1的中間抽頭失效，即置DM1=1；當y≥64時，POT12的中間抽頭位置在POT1范圍內，所以POT2的中間抽頭失效，即置DM2=1。

　　結 語

　　采用軟硬件協同的方法，能以較低的成本實現高分辯率數字電位器的設計。同一芯片中4個數字電位器的良好匹配和電壓跟隨器的應用，使設計的數字電位器具有更好的線性度。在實際應用中，為了提高帶負載能力，需要在滑動輸出端接一輸出緩沖器。