软件实现高分辨率的非易失性数字电位器的方法

巧妙的利用软件编程，将X9241内部的四个64抽头数字电位器组成一个高分辨率低成本的数字电位器。

数字电位器（DCP）是专为替代传统机械电位器、可变电阻器而设计的新型集成电路。其通过 I2C、SPI以及CS,U/D,INC三线方式与MCU接口，可实现应用程控调节，也有按钮控制方式，从而实现与传统机械电位器或可变电阻器相同的电位、电阻调节功能的特殊集成电路。与传统机械电位器相比，数字电位器具有数字调节、长寿命、易于装配、节省空间、不受振动影响等突出优点，已被广泛应用于医用设备、仪器仪表、工业控制、计算机、家用电器、手机、数码产品等各个领域。

在有些应用中，如激光二极管的动态偏置调节，使用数字电位器或者微调DAC来控制电压，就受到了分辨率、接口、成本的限制。为了解决这类问题，我们将在这里介绍使用低分辨率（64抽头）、低成本的Intersil（Xicor）公司I2C总线控制数字电位器X9241组成一个高分辨率（8001抽头）的数字电位器的解决方法。

实现高分辨率的原理

我们假设有三个数字电位器，POT1 和POT2为64抽头DCP，POT3为128抽头DCP，其中POT1和POT2用作POT3的VH和VL的设置，并且必须保证POT1和POT2始终为“1”个位置间隔，那么就有63种不同的电压间隔施加到POT3上。理论上，当POT3在特殊电压抽头127和下一个电压间隔的抽头0之间跳动时，应该还有一个多余的抽头位置，但是这些抽头不是多余的，它们的作用可以改善输出的线性度，因为在相邻的两个电压间隔中的抽头0和抽头127的电压是一样的。对于63个不同间隔的每一个，又借助127个不同的输出，就会有8001（63×127=8001）个不同的Vw输出可以在VH和VL之间获得。图1就是说明的这个概念。

如何使用X9241实现高分辨率（8001抽头）

Intersil （Xicor）公司的X9241把四个非易失性数字电位器集成在一个单片CMOS微电路中，它的功能框图如图2。X9241包含四个电阻阵列，每个阵列包含63个电阻单元。在每个单元之间和两个端点都有可以被滑动单元访问的抽头点。滑动单元在阵列中的位子由用户通过I2C总线控制。每个电阻阵列与一个滑动端计数寄存器（WCR）和四个8位数据寄存器联系在一起，四个数据寄存器和滑动端计数寄存可以由用户直接写入和读出。滑动端计数寄存器的内容控制滑动端在电阻阵列中的位置。数据寄存器的内容可以传输到滑动端计数寄存器以设置滑动端位置，当前滑动端的位置也可以传输到任何与之联系的数据寄存器中。滑动端计数寄存器是易失性的，器件上电时，滑动端计数寄存器自动的装入数据寄存器0（R0）中的值。四个数据寄存器是非易失性的，如果在应用中不需要对电位器有多种设置保存时，可以用作通用存储单元，用来保存系统参数或用户数据。

X9241 内部有一个特殊的机制，可以把相邻的数字电位器逐个串联。允许多达253个不同抽头位置（当把全部DCP逐个串联的时候）。如图3所示，我们将POT1和 POT2（X9241内部相邻的两个DCP）串连起来，用POT0为其提供VH（可以调节的），用POT3提供VL（可以调节的）。那么我们就得到了如前面所述原理一样的电路图。

POT0 和POT3为POT1-2（POT1和POT2串连以后的叫法）设置端电压。也必须保证POT1和POT3始终为“1”个位置间隔，那么就有63种不同的电压间隔施加到POT1-2上。随着POT1-2的滑动端位置向上或者向下移动到端点时，POT0和POT3的位置也要在必要时进行调整。如果POT1- 2的滑动端增加到超过127时，那么POT0和POT3将增加“1”，而POT1-2的滑动端将返回到抽头0。同样，POT1-2的滑动端减低到抽头0以下时，POT0和POT3的滑动端将减小“1”，并将POT1-2的抽头设置到127。这一点，请读者在理解后面所附的程序清单时注意。

X9241极适用于这个任务，因为其内部正好有四个独立的DCP，并且有相邻DCP串联的机制，而且其采用I2C总线控制接口，抽头位置可以在软件中直接改变而不需要通过每个中间位置转换。

图4是使用X9241U（49.37K、49.38K、49.32K、49.24K）器件对电路进行测试得到的相邻抽头之间的典型结果。大图表示每个抽头的滑动端电压占所加总电压的百分比，其中插图为相邻抽头之间的分辨率占所加总电压的百分比。

使用X9241实现高分辨率的软件代码

为了方便理解实现控制的细节，我们提供了C语言源代码（代码由Xicor公司提供，我们做了一定的修改）。用户只需要自己再编写适用于不同单片机的I2C硬件接口函数（函数名称同程序中介绍一致），在应用程序中加入我们提供的源代码，简单的调用程序中介绍的5个函数，就可以方便地实现DCP的高分辨率控制。