數字電位器簡介

　　數字電位器（DCP）是專為替代傳統機械電位器、可變電阻器而設計的新型集成電路，通過I2C、SPI或三線（CS，U/D，INC）等方式與MCU接口，實現在應用程控調節（或按鈕控制），從而實現與傳統機械電位器或可變電阻器相同的電位、電阻調節功能。這些器件通常帶有非易失性存儲器，能在設備掉電時自動存儲滑動端設定值。數字電位器的調節精度由其內部的抽頭數決定，根據需要有16、32、64、100、128、256、1024等多種選擇，電阻范圍通常為1KΩ~100KΩ，電阻變化既有線性也有對數方式。與傳統機械電位器相比，數字電位器具有在應用程控調節、長壽命、易于裝配節省空間、不受振動影響等突出優點，已被廣泛應用于醫用設備、儀器儀表、工業控制、計算機、家用電器、手機、數碼產品等各個領域。

　　數字電位器基本工作原理

　　由于數字電位器可代替機械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖l所示。當數字電位器用作分壓器時，其高端、低端、滑動端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調電阻器時，分別用RH、RL和RW表示。

　　圖2所示為數字電位器的內部簡化電路，將n個阻值相同的電阻串聯，每只電阻的兩端經過一個由MOS管構成的模擬開關相連，作為數字電位器的抽頭。這種模擬開關等效于單刀單擲開關，且在數字信號的控制下每次只能有一個模擬開關閉合，從而將串聯電阻的每一個節點連接到滑動端。

　　數字電位器的數字控制部分包括加減計數器、譯碼電路、保存與恢復控制電路和不揮發存儲器等4個數字電路模塊。利用串入、并出的加／減計數器在輸入脈沖和控制信號的控制下可實現加／減計數，計數器把累計的數據直接提供給譯碼電路控制開關陣列，同時也將數據傳送給內部存儲器保存。當外部計數脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路的輸出端只有一個有效，于是只選擇一個MOS管導通。

　　數字控制部分的存儲器是一種掉電不揮發存儲器，當電路掉電后再次上電時，數字電位器中仍保存著原有的控制數據，其中間抽頭到兩端點之間的電阻值仍是上一次的調整結果。因此，數字電位器與機械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計數有效期間，數字電位器的電阻值與期望值可能會有一定的差別，只有在調整結束后才能達到期望值。

　　從圖2可以看出，數字電位器與機械式電位器有2個重要區別：1）調整過程中，數字電位器的電阻值不是連續變化的，而是在調整結束后才具有所希望的輸出。這是因為數字電位器采用MOS管作為開關電路，并且采用“先開后關”的控制方法：2）數字電位器無法實現電阻的連續調整，而只能按數字電位器中電阻網絡上的最小電阻值進行調整。

　　數字電位器的典型應用

　　數字電位器的應用廣泛，而且按照不同的分類標準也有很多種類，但是基本原理是相似的，這里以三線加／減式接口的數字電位器X9313為例，介紹數字電位器的應用。

　　1、內部結構及工作原理

　　X9313為工業級的32抽頭數控電位器，最大阻值為10kΩ，采用8引腳，有DIP、OIC、FSSOP3種封裝。X9313的內部功能框圖，如圖3所示。它由輸入部分、5位E2PROM、存儲和調用電路、32選l譯碼器、由MOS場效應管構成的32路模擬開關、電阻陣列6部分組成。其中輸入部分是5位加／減計數器經過三線加／減式接口（）與單片機相連，其工作像一個升／降計數器，輸出經譯碼，控制接通某個電子開關，這樣就把電阻陣列上的一個點連接到滑動輸出端。電阻陣列由32個等值的電阻和與之相配套的電子開關組成。根據控制端的電平，計數器的內容還可以儲存到非易失存儲器中以便后續使用。

　　2個頂腳引線分別接VH和VL，中間抽頭為VW。為3個控制端，其中，為片選端，為低電平時，X9313被選中。此時才能接收的信號。在下降沿使計數器增或減1。如果，滑動端向VH方向滑動，VW與VH之間的電阻減小一個階值。反之，如果，滑動端向VL方向滑動。計數器輸出譯碼后，經過32選1，使滑動端的位置沿電阻陣列移動。當計數器達到某個極端（00000或11111）時，不會循環回復，從00000自動變成1111l，或從11111變成00000，也就是說當為高電平而也為高電平時，計數器的值存儲到非易失存儲器中，系統上電時，器件自動將非易失性存儲器中的值送到計數器，作為計數器的輸出。

　　2、典型應用

　　手控調壓電路

　　圖4所示為。將VH端接+5V，VL接地。從VW端輸出0～+5V的可調電壓。R1、R2為上拉電阻。只要按動開關S1，輸出電壓就升高，每按一次電壓升高0．05V，最高可達5V。如果按住S2即為低電平，此時按S1則每按一次電壓降低0．05V。

　　X9313與單片機的接口電路

　　這里以常用的AT89C2051單片機為例介紹數字電位器與單片機的接口電路。電位器的3個控制端分別接AT89C2051的P1．7、P1．6和P1．5。由R1、C1構成上電復位電路，C2、C3和石英晶體JT構成晶振電路。因為單片機I／O端口內部已有上拉電阻，所以上電時上述控制端均為高電平，電位器處于待機狀態，此時應用和上例相同。

　　相關程序代碼如下：

　　上面的程序實現了使UD為高電平，此時給數字電位器發送50個脈沖，增大電阻使高低端之間電壓為2．5V。通過單片機傳給數字電位器脈沖信號來控制數字電位器的大小，從而方便而精確地改變電阻值。但是在實際應用中，要注意對數字電位器的誤差進行分析和補償。

　　如何制作數字電位器

　　用二進制集成電路CD4040可制作數字電位器。電位可有4096擋次，如電壓在4.096V，每伏有1000個1mV變化進位擋，每進1位上升1mV，電路二進制位0～11位以高位電阻最小。如第11位50ｋΩ、第10位100ｋΩ、第9位200ｋΩ、第8位400ｋΩ、第7位800ｋΩ、第6位1.6MΩ、第5位3.2MΩ、第4位6.4MΩ、第3位12.8MΩ、第2位25.6MΩ、第1位51.2MΩ、第0位102.4MΩ，向下按每退1位、阻值加1倍順序排列。如排錯，或電阻不是倍數，電位的上升值會不均勻，進到某數值便突然跳變。

　　CD4040集成電路各腳功能。

　　1是收音自動搜索調諧電位器。Q1、Q2組成2～4ｋHz左右振蕩電路。Q3阻止振蕩。A端接調諧指示輸出腳，CXA1019、CXA1283等收音電路調諧指示腳都是收到電臺輸出負電壓，Q3接收負極電壓使Q1停振。B保持電位不變，按一下K1搜索下個電臺，B電壓上升，收到電臺Q3阻止振蕩，B端電壓停止上升，再按再往下搜臺……B端搜臺從0V升到5V，跳回0V再按0～5V循環搜臺，K1用于計數清0，如要跳回低頻電臺搜索時按K2。B端接收音調諧電路變容管，此電路接通，如Ａ端沒有負電就會從0～5V循環搜臺，只要收音機收到電臺時調諧指示腳輸出負電壓即停搜。如有12位、16位或更多位的串級二進／退的計數電路就更好，可惜找不到或是目前根本沒有廠商生產這類多位進退計數電路。

　　若從×處斷開去掉Q3電路，把K1接至斷開的兩處可做其他計數電位器，如臺燈調光、電風扇調速等。

　　圖2為電視VH電調諧音量電位器，只需6位二進制倍數電阻，就可達到64級音量調節。