X9241數(shù)字電位器的原理及在DSP中的應(yīng)用

1 x9241概述

x9241是xicor公司生產(chǎn)的一種集成數(shù)字電位器。它在單一芯片上集成了4個(gè)10kω?cái)?shù)字電位器，每個(gè)電位器的滑動(dòng)端共有64個(gè)離散的調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)，并有4個(gè)8bit的e2prom數(shù)據(jù)寄存器以及一個(gè)滑刷控制寄存器（wcr）。用戶可以通過(guò)相應(yīng)指令使電位器的wcr（滑刷控制寄存器）與某個(gè)數(shù)據(jù)寄存器相關(guān)聯(lián)，也可以直接控制wcr以達(dá)到改變電位器滑動(dòng)端位置的目地。x9241芯片具有i2c總線接口，可以實(shí)現(xiàn)寄存器映射、改變滑刷位置以及進(jìn)行電位器級(jí)聯(lián)等操作。x9241采用20引腳雙列直插封裝，其引腳排列如圖1所示。其中vwi（i＝0～3）為四個(gè)獨(dú)立的10kω電位器的滑動(dòng)端；vli（i＝0～3）分別為四個(gè)電位器的兩個(gè)終端；a3，a2，a1，a0為x9241芯片的設(shè)備地址；scl，sda分別為i2c接口的串行時(shí)鐘和串行數(shù)據(jù)線。x9241的工作電壓為5v。

1．1 x9241的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　
x9241的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，從圖中可以看出，一個(gè)x9241芯片內(nèi)含有：i2c總線接口、sda串行數(shù)據(jù)線、scl串行時(shí)鐘線以及4個(gè)pot（電位器）。每個(gè)pot 有4個(gè)8bit的e2prom數(shù)據(jù)寄存器和一個(gè)wcr滑刷控制寄存器。

1．2 x9241的控制方式

1．3 x9241的主要參數(shù)

x9241的主要性能參數(shù)如下：
sck，scl或其它地址輸入端相對(duì)于vss的電壓為－1～＋7v；
vh或vl相對(duì)于vss的電壓范圍為±8v；
△v＝｜vh－vl｜為16v；
x9241工作電壓范圍為5v＋10％。
　　
因?yàn)関h或vl相對(duì)于vss的電壓范圍是±8v，所以x9241可以不受數(shù)字電路0～＋5v電源窗口的制約而廣泛地應(yīng)用于各種具有正負(fù)電源的模擬電路之中。

2 x9241的指令字格式

x9241的讀／寫指令均由三段組成（如圖3所示），每段均有一個(gè)字節(jié)：第一段為從屬設(shè)備地址；第二段為指令字節(jié)；第三段為數(shù)據(jù)。

圖5是筆者在氨氮傳感器中使用x9241的部分電路示意圖。在這個(gè)電路中，用x9241上的pot0和pot3代替原模擬電路中的兩個(gè)10kω機(jī)械電位器來(lái)完成調(diào)整倍率和零點(diǎn)的任務(wù)。dsp的i／o2，i／o3分別連接到scl和sda端口上。該電路中，x9241的a3獳0均接地，所以它的設(shè)備地址是0000。因此在對(duì)這個(gè)芯片的電位器進(jìn)行讀／寫操作時(shí)，第一字段應(yīng)當(dāng)是01010000，即50h（dsp的十六進(jìn)制數(shù)）。
　　
圖6和圖7分別是用io2和io3模擬i2c總線時(shí)，對(duì)x924進(jìn)行讀、寫的子程序流程圖。

使用數(shù)字電位器的主要優(yōu)勢(shì)是定位精度高，不受機(jī)械震動(dòng)影響，并可以通過(guò)程控來(lái)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化調(diào)節(jié)。另外，由于數(shù)字電位器的vh、vl電壓窗口較寬，因而能在許多場(chǎng)合取代機(jī)械模擬電位器。使用數(shù)字電位器的缺點(diǎn)是不能連續(xù)調(diào)節(jié)。由于每個(gè)數(shù)字電位器只有64檔，所以對(duì)于離散多檔位調(diào)節(jié)場(chǎng)合，用數(shù)字電位器很方便。而在需要連續(xù)調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，似乎不如連續(xù)可調(diào)的模擬電位器方便。但是設(shè)計(jì)時(shí)可以采取以下方法進(jìn)行補(bǔ)償：

（1）多芯片級(jí)聯(lián)使用，以增加有效檔位；

（2）兩個(gè)數(shù)字電位器配合使用，一個(gè)作為粗調(diào)，一個(gè)作為細(xì)調(diào)，兩者搭配，可以得出許多種適合不同需要的組合。