齊世舉，王書湖

（第二炮兵工程大學 陜西 西安 710025）

電位器是一種常見的電子元件，通過調節(jié)電位器的數(shù)值來改變電路參數(shù)。目前，廣泛使用的機械可變式電位器，其滑動端子實際上是可動觸點，這種電位器若用于頻繁調節(jié)的場所會影響壽命，特別在自動系統(tǒng)中無法實現(xiàn)自動調節(jié)[1]。為解決上述問題，我們在某裝備多功能檢測裝置的研制過程中，利用X9C10X系列數(shù)字可調電位器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械電位器，改善了機械電位器的可調電阻不容易掌握，并且隨著環(huán)境溫度的變化和使用時間的延長，阻值波動較大等不足[1-2]。

本文所采用的X9C103數(shù)字電位器具有調節(jié)準確方便、使用壽命長、抗干擾性強、性能穩(wěn)定等特點，在需要電壓微調的領域得到廣泛使用。由于X9C103數(shù)字電位器的分辨率為1%，在電壓調節(jié)精度要求高的應用場合難以滿足需要。本文利用4個X9C103數(shù)字電位器并聯(lián)的方式有效提高了電阻分辨率。

1 系統(tǒng)原理

該多功能檢測裝置主要由：Arduino mega2560控制器、繼電器控制電路、電源顯示電路、自動監(jiān)測電路、信號控制電路、電壓微調電路、電壓反向電路、等效負載電路、數(shù)據(jù)測量電路和開關特性檢查電路等組成[3]。其中，電壓微調電路負責實現(xiàn)電壓的漸變以測試設備靈敏度、可靠性等關鍵指標，數(shù)字可調電位器是電壓微調電路的關鍵器件。

2 X9C10X數(shù)字可調電位器

X9C10X數(shù)字可調電位器是一種非易失性數(shù)字可調電位器，它包含了100個電阻單元的電阻陣列，其管腳圖如圖1所示。在每個單元的兩個端點之間都有可以被滑動單元訪問的抽頭點?；瑒訂卧奈恢糜蒀S、U/D和INC 3個輸入端控制?；瑒佣说奈恢每梢员毁A存在一個非易失性存儲器中，因而在下一次上電工作可以被重新調用，X9C10X的分辨率為最大電阻值的百分之一[4]。

圖1 X9C10X系列的管腳圖Fig.1 Pin diagram of X9C10X series

數(shù)字可調電位器的工作原理：INC、CS和U/D 3個輸入引腳的電平?jīng)Q定工作方式的選擇。當CS為低電平，U/D為高電平，來一個INC脈沖，電阻值增加一個最小分辨率的值，U/D為低電平，來一個INC脈沖，電阻值減小一個最小分辨率的值。當CS為高電平，儲存當前值到非易失性存儲器。當CS和INC同時為高電平時，計數(shù)器的值被存貯到非易失性存貯器中.當X9C103斷電，最后存貯在計數(shù)器的值仍然維持在非易失性存貯器中，當電源恢復后，存貯器中的內容就是斷電時計數(shù)器的值[4-5]。

3 電壓微調電路

電壓微調電路主要由變壓器、控制繼電器和數(shù)字可調電位器組組成[6]。變壓器將輸入的40 V交流電壓信號，變換成5 V和10 V兩個檔位的交流電壓信號?？刂评^電器用以切換兩個檔位的交流電壓信號。數(shù)字可調電位器組是用4個X9C103數(shù)字可調電位器并聯(lián)組成，利用MCU控制，給DO端口DO44和DO45送入相應的高、低電平和脈沖信號，控制數(shù)字可調電位器組產(chǎn)生0～2.5 kΩ的電阻。4個X9C103數(shù)字可調電位器并聯(lián)使用，可以提高可調電阻的分辨率，達到提高電壓調節(jié)精度的目的。其電路原理如圖2所示。

圖2 電壓微調電路Fig.2 Circuit of voltage fine adjustment

數(shù)字可調電位器組的阻值通過BVC和SR送入到控制繼電器，用以選擇檔位，通過繼電器的切換，數(shù)字可調電位器組的阻值串入到變壓器次級回路中，經(jīng)過分壓，從BVA1和BVC1（或BVA2和BVC2）輸出。經(jīng)實踐檢驗：該電路安全可靠，準確度高。

具體實現(xiàn)過程為：計算機通過DO2高低電平的轉換，表現(xiàn)為數(shù)字可調電位器的阻值的變化方向，高電平為阻值增加，低電平為阻值減小，DO1發(fā)出脈沖信號，一個脈沖數(shù)字可調電位器的阻值變換一個分辨率大小。R輸出電壓相應的變化。數(shù)字可調電位器的這種步進調節(jié)，在精度比較高的情況下，可以代替人工調節(jié)的機械式電位器。電壓調節(jié)電路中，如果電源電壓為U，電阻R阻值為R1，數(shù)字可調電位器最大阻值為 R2，瞬時值為 Rw。

發(fā)出一個脈沖數(shù)字可調電位器調節(jié)的電阻為：

調節(jié)的輸出電壓值為：

輸出電壓最大步長為：

最小步長為：

在電壓微調過程中，能夠很好的滿足要求，可以模擬機械式電位器連續(xù)調節(jié)產(chǎn)生的輸出電壓信號。

數(shù)字可調電位器采用的都是CMOS的功耗組件，工作電流小，一般只有幾毫安。在實際應用電路中，如果負載電流超過數(shù)字可調電位器的輸出電流，就有可能燒毀數(shù)字可調電位器，這種情況下可以采用多個可調電位器并聯(lián)使用，保證數(shù)字可調電位器的工作電流小于最大工作電流。

4 軟件系統(tǒng)設計

實現(xiàn)電壓微調的關鍵是控制數(shù)字可調電位器的輸出電阻。具體調節(jié)過程為：測量輸出電壓的值，以此判斷電阻調節(jié)的方向后調用電阻調節(jié)模塊對數(shù)字電位器的輸出電阻進行精確調節(jié)。圖3給出了電阻調節(jié)模塊的程序流程圖[7-8]。

圖3 電壓調節(jié)的程序流程圖Fig.3 Program flowchart of voltage regulation

首先將數(shù)字可調電位器阻值初始化，將阻值調節(jié)到最小或者最大，然后根據(jù)電壓調節(jié)的方向確定阻值變化的方向，如果增加阻值，控制U/D為1（高電平），如果減少阻值，那么U/D為0（低電平），再根據(jù)要調節(jié)的大小，發(fā)出脈沖到INC端，使電位器的組織調節(jié)到相應得值?？刂谱柚嫡{節(jié)的程序如下所示:

ChangeRes（int direct，int step）//阻值調節(jié)程序

{

uchar temp；

if（direct！ =0） //direct為 1 增加阻值

temp=m_cDOut|char（～（1＜＜2））；

//DO2為1

else //direct為0要減小阻值

temp=m_cDOut&char（（1＜＜2））；

//DO2為0

DO（0，temp）； //數(shù)據(jù)傳到 DO2

Sleep（20）；

for（int i=0；i＜step；i++）

//給數(shù)字可調電位器發(fā)脈沖調節(jié)阻值

{

temp=m_cDOut|char（1）；//DO1高電平

DO（0，temp）；

Sleep（10）； //脈沖寬度

temp=m_cDOut&char（0）；//DO1低電平

DO（0，temp）；

Sleep（10）；

}

}

5 結 論

盡管數(shù)字可調電位器采用低功耗的CMOS器件，最大工作電流為3 mA，使其提供大功率的電壓信號受到了一定的限制，但是經(jīng)過工程實踐的檢驗，數(shù)字可調電位器能夠代替機械式電位器在自動測試控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電壓的精確調整。隨著科學技術水平的提高，數(shù)字可調電位器將有更廣的前景。

[1]李華.電脈沖可調電位器[J].煤礦自動化，1999（6）:24.LI Hua.Electrical pulse adjustable potentiometer[J].Coal Mine Automation，1999（6）:24.

[2]孟武勝，杜穎琪，李靜.基于數(shù)字電位器AD5228三相獨立可調信號源設計[J].電子產(chǎn)品世界，2006（19）:87-90.MENG Sheng-wu，DU Ying-qi，LI Jing.Design of variable independently based voltage and variable frequency source with three phase adjusting on digital potentiometer AD5228[J].Electronic Engineering and Product Word，2006（19）:87-90.

[3]王韜.某型雷達電源模塊自動測試系統(tǒng)的設計[J].中國西部科技，2011（31）:18-19，38.WANG Tao.Design of certain type of radar power supply module automatically test system[J].Science and Technology in Western China，2011（31）:18-19，38.

[4]紀宗南.高精度的數(shù)字電位器X9C103[J].集成電路應用，1999（4）：6-9.JI Zong-nan.High-precision digital potentiometer X9C103[J].Applications of IC，1999（4）：6-9.

[5]戴建華，冒莉.基于ICL8038和X9C103的函數(shù)信號發(fā)生器的設計[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術學院學報，2008，8（3）:29-31.DAIJian-hua，MAOLi.Design of function generator Based on ICL8038 and X9C103[J].Journal of Wuxi Institute of Commerce，2008，8（3）:29-31.

[6]熊偉林.模擬電子技術及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2003.

[7]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].北京:高教出版社，2006.

[8]嚴雨，廉潔.AVR單片機C語音應用100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.