高分辨率数字电位器 X9241 的软件实现

　　每个电位器由63个电阻段组成，每个电阻阵列的物理终端等效于机械电位器的固定端(VH、VL)。每个阵列的VH和VL以及每个电阻段之间的接点(即抽头)通过FET开关连接滑动输出端，而滑动端在电阻阵列中的位置由从WCR控制。其中，VW、VW1、VW2、VW3分别为4个电位器的滑动端，VL0、 VL1、VL2、VL3分别为4个电位器的低端、VH0、VH1、VH2、VH3分别为4个电位器的高端。如果将4个电阻阵列中的2个、3个或4个串联，可构成127、190或253抽头的数字电位器。芯片采用I2C总线接口，SDA、SCL分别为串行数据和串行时钟。A0～A3为芯片地址设置位。

X9241提供了把阵列串联起来的方法，可以把1个阵列的63个电阻元件与1个相邻阵列的电阻元件串联起来。其控制位在3字节的指令中，其数据字节包括用来定义滑动端位置的6位(LSB)加上高2位：CM(串联方式)和DW(禁止滑动端)。数据字节如下所示：

2．2 电路设计

　　根据图1的设计原理和图3的引脚配置图，可实现高分辨率数字电位器的电路设计，如图4所示。

　　①SDA、SCL是I2C总线的串行数据和串行时钟，与单片机的I／O线相连，单片机是主器件，X9241是从器件，器件地址为：

　　0 1 0 1 A3 A2 A1 A0

　　高4位固定，低4位由A3～A0的接线方式所决定，按照图4电路的接线方式，X9241的从地址为50H。

　　②为了提高线性度，可在VW0与VL1之间加入1级运算放大器组成的跟随器，VW3与VH2之间也加入1级。其改进电路如图5所示。

3 程序设计

　　3．1 读写单个数字电位器函数设计

　　根据X9241的指令结构和控制时序，可以编写读写单个数字电位器的程序。

　　(1)改变电位器中间抽头命令(写WCR)时序以写电位器POT0为例，把电位器0的中间抽头WCR设置为20H(X9241每个电位器的最大抽头数是 64，即有效值小于63)。命令控制字为101000000B，即AOH；若在电路中AOA1A2A3均接低电平，则器件地址为01010000B，即 50H。其命令序列如下：

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

　　(2)读电位器中间抽头位置命令(读WCR)时序以读电位器POT1为例，把电位器1的中间抽头WCR位置值读回。命令控制字为100100000B，即90H；若在电路中AOA1A2A3均接低电平，则器件地址为01010000B，即50H。其命令序列如下：

　　Start→发送地址50H→Ack→发送命令字90H→ACK→接收1个字节→ACK→Stop。

3．2 主函数设计

　　本函数的功能是把设计的数字电位器POT的中间抽头位置z转换为4个独立数字电位器POT0～POT3的中间抽头位置寄存器WCR的值x0～x3，同时控制POT1、POT2的控制位CM和DW，如图6所示。

　　在流程图中，当y64时，POT12(由POT1和POT2串联)的中间抽头位置在POT2范围内，所以POT1的中间抽头失效，即置DM1=1；当y≥64时，POT12的中间抽头位置在POT1范围内，所以POT2的中间抽头失效，即置DM2=1。

结 语

　　采用软硬件协同的方法，能以较低的成本实现高分辩率数字电位器的设计。同一芯片中4个数字电位器的良好匹配和电压跟随器的应用，使设计的数字电位器具有更好的线性度。在实际应用中，为了提高带负载能力，需要在滑动输出端接一输出缓冲器。