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X9241數(shù)字電位器的原理及在DSP中的應(yīng)用

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作者:鄭偉 劉文耀等 時間:2007-01-26 來源:《EDN電子設(shè)計技術(shù)》 收藏

1 x9241概述

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/21565.htm

x9241是xicor公司生產(chǎn)的一種集成數(shù)字。它在單一芯片上集成了4個10kω數(shù)字,每個的滑動端共有64個離散的調(diào)節(jié)節(jié)點,并有4個8bit的e2prom數(shù)據(jù)寄存器以及一個滑刷控制寄存器(wcr)。用戶可以通過相應(yīng)指令使電位器的wcr(滑刷控制寄存器)與某個數(shù)據(jù)寄存器相關(guān)聯(lián),也可以直接控制wcr以達到改變電位器滑動端位置的目地。x9241芯片具有i2c總線接口,可以實現(xiàn)寄存器映射、改變滑刷位置以及進行電位器級聯(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)為四個獨立的10kω電位器的滑動端;vli(i=0~3)分別為四個電位器的兩個終端;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x9241芯片內(nèi)含有:i2c總線接口、sda串行數(shù)據(jù)線、scl串行時鐘線以及4個pot(電位器)。每個pot 有4個8bit的e2prom數(shù)據(jù)寄存器和一個wcr滑刷控制寄存器。

1.2 x9241的控制方式

需要說明的是,雖然x9241具有i2c總線接口,但由于x9241采用特殊的3字節(jié)指令結(jié)構(gòu),而普通i2c硬件都是雙字節(jié)格式。因此最好采用軟件模擬i2c總線時序。


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于vss的電壓為-1~+7v;
vh或vl相對于vss的電壓范圍為±8v;
△v=|vh-vl|為16v;
x9241工作電壓范圍為5v+10%。
  
因為vh或vl相對于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)。

第一字段的前4位為設(shè)備類型標識,對于x9241,其固定值為0101,后4位是設(shè)備地址(a3,a2,a1,a0),這4位的0,1取值取決于芯片上的a3-a0引腳是接gnd還是接vcc。
  
第二字段描述了操作類型和操作對象。其中前4位是指令代碼i3~i0,后4位是操作對象p1、p0和r1、r0。其中p1,p0是4個電位器的選擇編碼,r1,r0是每個電位器的4個寄存器的選擇編碼。x9241的指令集如表1所列。表中的1/0表示數(shù)據(jù)為1或0,n/a為無效位。
  
第三字段是8bits的數(shù)據(jù)段,它的前兩位cm、dw是控制位,其中cm是級聯(lián)模式控制位,當cm為0時,為正常模式,當cm為1時,該電位器與序號比它高一級的電位器級聯(lián)。比如,若wcr2的cm為1,表示電位器2就與電位器3級聯(lián)。dw是電位器滑動端使能控制位。當dw為0時,為正常模式,當dw為1時,該電位器的滑動端失效,即滑動端處于絕緣懸浮狀態(tài)。cm和dw配合使用可以實現(xiàn)電位器的級聯(lián),并可保證級聯(lián)電位器在滑動時只有一個有效滑動端。
  
x9241的三字節(jié)指令序列傳輸示意圖如圖4所示,x9241還有一種遞增/遞減的控制方式,由于不常用,在此不再陳述。一個完整的x9241讀/寫時序包括以下幾個部分:
  
(1)起始位。以scl為高電平,sda出現(xiàn)下跳沿為起始標志;
(2)傳送x9241的從屬設(shè)備地址字段;
(3)接收x9241返回的ack(應(yīng)答)信號,它是在scl為高電平期間,sda線上為低電平的狀態(tài);
(4)向x9241傳送指令字段;
(5)接收x9241返回的ack信號;
(6)如果是‘寫’方式,則向x9241發(fā)送8bit數(shù)據(jù)。并接收ack信號;如果是‘讀’方式,則準備接收x9241將要返回的8bit數(shù)據(jù),并在接收完成后,向x9241發(fā)送ack信號;

(7)停止位。以scl為高電平,sda出現(xiàn)上跳沿為i2c傳輸?shù)耐V箻酥尽?
3 在tms320f206型dsp中的應(yīng)用

圖5是筆者在氨氮傳感器中使用x9241的部分電路示意圖。在這個電路中,用x9241上的pot0和pot3代替原模擬電路中的兩個10kω機械電位器來完成調(diào)整倍率和零點的任務(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。因此在對這個芯片的電位器進行讀/寫操作時,第一字段應(yīng)當是01010000,即50h(dsp的十六進制數(shù))。
  
圖6和圖7分別是用io2和io3模擬i2c總線時,對x924進行讀、寫的子程序流程圖。


4 結(jié)束語

使用數(shù)字電位器的主要優(yōu)勢是定位精度高,不受機械震動影響,并可以通過程控來實現(xiàn)半自動化調(diào)節(jié)。另外,由于數(shù)字電位器的vh、vl電壓窗口較寬,因而能在許多場合取代機械模擬電位器。使用數(shù)字電位器的缺點是不能連續(xù)調(diào)節(jié)。由于每個數(shù)字電位器只有64檔,所以對于離散多檔位調(diào)節(jié)場合,用數(shù)字電位器很方便。而在需要連續(xù)調(diào)節(jié)的場合,似乎不如連續(xù)可調(diào)的模擬電位器方便。但是設(shè)計時可以采取以下方法進行補償:

(1)多芯片級聯(lián)使用,以增加有效檔位;

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



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