数字电位器在功率自适应控制中的应用

    摘要：X9312W是Xicor公司生产的一种典型的数字电位器，文中介绍了它在功率自适应控制系统中的应用，重点说明了应用中如何处理X9312X的电压与脉冲计数的关系及控制电压与输出功率之间的控制关系，并给出了数字电位器的控制程序。

    关键词：数字电位器 功率自适应 脉冲数 X9312W

1 概述

电位（阻）器是广泛用于音量调节、频率调谐、功率调整等方面的重要器件，随着大规模集成电路技术的不断发展，电子元件的智能化不断提高，电位器也由机械式人工手动调节向自动程序控制调整方向发展。非易失性数字电位器是一种可在计算机控制下，通过编程来实现自动操作的智能化器件。它不像机械或模拟电位器那样连续可调，但阶梯式的阻值变化却具有调节精确和阻值稳定的特性。其阻值分辨的台阶越多，阻值变化越精细，调整的灵敏度越高。在分辨率足够的情况下，它不但能满足一般使用要求，而且在某些场合还具有模拟电位器不可比拟的优势。其调节精确、稳定，数字可长期保存和随时刷新，体积小、抗振动、寿命长的特点，必将使其逐渐在各类电子系统中得到广泛应用。

2 基本结构及工作原理

数字电位器同模拟电位器一样，可以按阻值大小、耐压和最大功率等分为不同型号的产品。X9312W是Xicor公司生产的100阶非易失性数字电位器。此类数字电位器的基本结构是一致的，只是不同的型号所提供的抽头数、接口、控制方式及所应用的电压范围不同。它用控制脉冲计数的方法来调整阻值，又叫数控可变电阻器，其实质是一种特殊形式的数模转换器，其特性表现不是电流或电压，而是电阻或电阻比率。

X9312W的原理框图如图1所示，它由输入部分、非易失性存贮器和电阻阵列三部分组成，在输入信号INC、U/D和CS作用下，器件中的7位加/减计数器通过100选1译码器去控制接通某个电子开关，从而把电阻阵列上的一个点连接到中间的滑动抽头以输出VW。VH端根据控制需要加有某一固定电压V，当VL端接地时，VW端的输出将在0V到该固定电压之间可调。当需要记忆时，CS上升沿到来，且使INC为高电平，7位计数器的数值被存贮在非易失性存储器中。其功能控制真值表如表1所列。

X9312W实现可控电阻特性的关键是对加/减计数器的数值进行调整，在CS端置于低电平时，INC端每一次脉冲下降沿的触发都将依U/D端为高/低电平而使计数器加/减1，连续给INC端送计数脉冲就可使加/减计数达到需要的数值，相应的也就改变了VW的输出，从而使阻值的大小发生改变。

3 数字电位器用于功率自适应控制

许多场合都需要用到功率控制，有时还要自适应调整功率。如通信系统中的便携式设备往往希望根据通信距离来调整发射功率，从而达到降低电源消耗，延长工作时间的目的。

图2是一种利用数字电位器实现功率自适应控制的原理图。图中功率检测电路用于判断通信距离的远近，其输出电平经A/D转换后作为控制信号，并由单片机根据控制关系和特性给出调整信号和计数脉冲，使数字电位器改变阻值而作用于功率电平控制电路，以达到根据需要调整妻射功率的目的。

在实现上述控制过程中，控制参数的选取应保证达到整个通信系统的质量要求，同时要处理好图3所示的两个非线性关系。

图3（a）是数字电位器的非线性特性图。数字电位器与模拟电位器控制特性的不同之处在于它是非线性的。数字电位器的控制脉冲与输出电压间不是线性关系，即当控制脉冲数值达到一定程序时，其输出电压不再随其线性变化，而且不同型号的数字电位器的曲线斜率有所不同。同时在使用数字电位器时选定的最大输出电压不同，上述非线性关系也有所不同。

图3（b）是控制电压VW与输出功率之间的控制特性曲线。如果把图2看做一个数字控制系统，则由数字电位器的输出VW而引起对输出功率A的控制关系一般不是线性的，其测试关系曲线具有如图3（b）所示的关系，且在不同的工作频段上还有所不同。

由于上述两种非线性关系的存在，所以在实际应用系统中应根据控制要求对数字电位器的置数脉冲值进行修正，其具体的修正方法应根据工作频段和通信距离以及质量要求来选择。利用单片机的运算和控制能力可对图3所示的非线性关系找出修正算法，并在反复测试调整后使其达到设计要求。修正方法可视控制要求采用查表法或算法计算两种形式。

下面是数字电位器的控制程序：

ACALL POT ；数字电位器初始化

CLR CS

CLR U/D

MOV R7，#64H

ACALL JS

MAIN：ACALL AD ；取A/D数

MOV 3AH，R2 ；暂存A/D数

MOV 3BH, R3

ACALL NMUL ；调分段线性进行数据处理子程序

ACALL POT ；选通数字电位器

CLR CS ；使片选CS变低

CLR U/D ；使加/减控制端U/D变低

MOV R7，#64H ；置循环次数

ACALL JS ；产生计数脉冲

MOV A，30H ；修正计数脉冲（30H单元为分段线性处理后的脉冲数）

ADD A，#02H

MOV R7，A ；计数脉冲作为循环次数

ACALL POT ；选通数字电位器

CLR CS ；使片选CS变低

SETB U/D ；使加/减控制器U/D变高

ACALL JS ；产生计数脉冲

AJMP MAIN

END

POT：MOV A，#0FCH ；选通数字电位器子程序

ANT A，P1

ORL A，#03H

MOV P1，A

RET

JS：SETB INCA ；产生计数脉冲子程序

NOP

NOP

CLR INCA

NOP

NOP

DJNZ R7，JS

SETB INCA

NOP

NOP

SETB CS

RET

4 结束语

利用上述原理和方法，通过整体优化设计，包括选用低功耗和高性价比的微处理器和A/D转换器及其它器件，在对被控对象进行认真分析并找出最佳控制部位和控制方式后，采用数字电位器实施功率自适应调整即可使通信系统在保证通信质量的前提下大大降低电源消耗。如果将此技术推广到其它定时控制场合或仪器设备中，还可以增加控制的灵活性和准确性，提高智能化水平。