数字电位器的控制与调试

数字电位器的控制

数字电位器简介：

数字电位器是采用CMOS工艺制成的数模混合信号处理集成电路，也称数控可编程电阻器。采用是数控方式调节电阻值大小，多用多晶硅或薄膜电阻材料，从而有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声等特点。同时有体积小、节省印制板空间，易于安装，不易污损、抗振动、抗干扰、寿命长、不易受环境温度影响等优点。基于上述内容，数字电位器已被广泛用于医疗保健设备、仪器仪表、通信设备、工业控制、家用电器、数码产品等各领域。数字电位器是一种有发展前景的新型器件。与机械电位器相比，具有许多优点，在许多领域可取代机械电位器。任何用电阻进行参数调整、校准或控制的领域，都可用数字电位器构成可编程模拟电路进而进行调整。

一、实验目的：

根据时序图和真值表设计按钮控制数字电位器控制电路：

1．基本要求：按住控制键，数字电位器阻值连续变化。

2．扩展要求：可使用Protues等软件进行仿真设计。

*3．扩展电路要求：按住控制键，数字电位器阻值连续变化且变化速度递增/递减。

二、实验仪器

1.带有异步置位、复位端的JK触发器，NE555，74LS04非门。

2.X9C104数字电位器。

3.电阻，单刀单掷开关和双刀双掷开关，导线。

三、实验原理：

1．电位器原理：

数字电位器属集成化三端可变电阻器件，等效电路如图1所示。当数字电位器作分压器使用时，其高、低、滑动端电压分别用UH、UL、UW表示；作可调电阻器使用时，其高、低、滑动端电阻分别用RH、RL、RW表示。

图1等效电路

将n个阻值相同或不同电阻串联在UH、UL端之间，每个电阻两端分别经过一个由CMOS管而构成模拟开关连在一起，作为数字电位器抽头，在数字信号控制下每次只能有一个模拟开关闭合，从而将串联电阻的一个节点连接到滑动端。亦即，当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后，译码电路输出端只有一个有效，故只选择一个MOS管导通。数字电位器的内部简化电路，如图2所示。

图2 内部简化电路

数字控制部分的存储器是一种断电非易失性存储器，电路再次上电时，数字电位器中仍保存着原有控制数据，其中间抽头到两端点之间的电阻值仍是上一次的调整结果。数控电位器的原理示意图如图3所示。假定数控电位器为16抽头，步进量为660Ω，滑动端每移动一步，输出电阻值就增加660Ω。考虑到滑动端无论处于哪一位置，都接着一只模拟开关，该模拟开关的电阻值就是滑动端电阻，也是数控电位器的起始电阻。现假定滑动端电阻为100Ω，当滑动端移动15步时就到达R H端与R L端之间的输出电阻应为100Ω+660Ω×15=10Ω。

图3 数控电位器的原理示意图

2．电路控制原理：

电位器CS端在器件工作期间保持为低电平。INC为脉冲信号，U/D端为电位器阻值或电压的调节端。在CS端与INC端正常工作的状态下，当U/D端为高电平的时候，电位器的阻值或电压逐渐变大，当U/D端处于低电平时，则相反。当CS端和INC端同时为高时将当前的寄存器数据锁存入存储器,达到重新上电后数字电位器阻值不变的目的。

数控电位器控制时序图如下：

CS INC

U/D

由图（D ）可知，振荡周期12

T T T =+。

1

T 为电容充电时间，

2

T 为电容放电时间。

充电时间 11212()ln 20.7()T R R C R R C =+≈+

放电时间

222ln 20.7T R C R C

=≈

矩形波的振荡周期121212ln 2(2)0.7(2)T T T R R C R R C

=+=+≈+

因此改变

1

R 、

2

R 和电容C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。

对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q ，q=（脉宽w

t ）/（周

期T ），

w

t 指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C ）所示电路输出矩形波的占空比

111

2

12122T T R R q T T T R R +=

==++。

4．带异步置位，复位端的JK 触发器构成的T 触发器

由于T 触发器没有专门的商品电路，通常由JK 触发器构成，先来了解下JK 触发器，因为JK 触发器属于主从触发器，所以触发条件为一个正脉冲，即这样一个波形：_|¯|_。所

因此JK

所以把JK触发器改装成T触发器非常简单，如图5所示

图5 JK触发器构成的T触发器

由JK触发器的公式可知，当J=K=T 时，则可得如下转换，由此得到T触发器，当J=K=1时，则Q*=Q’,可知当一个脉冲输入时，T触发器输出的下一个状态总是与第一个状态相反。

四、实验步骤

1．电路的焊接

老师提供的电路图如下

根据老师提供的电路图和PCB板合理的布局，然后从左到右认真的焊接，焊接当中必须按照老师所说的五步焊接法，五步焊接法如下所述：

①、准备施焊

准备好焊锡丝和烙铁。此时特别强调的施烙铁头部要保持干净，即可以沾上焊锡（俗称吃锡）。

②、加热焊件

将烙铁接触焊接点，注意首先要保持烙铁加热焊件各部分，例如印制板上引线和焊盘都使之受热，其次要注意让烙铁头的扁平部分（较大部分）接触热容量较大的焊件，烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件，以保持焊件均匀受热。

③、熔化焊料

当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点，焊料开始熔化并润湿焊点。

④、移开焊锡

当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开。

⑤、移开烙铁

当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁，注意移开烙铁的方向大致是45°的方向。

2．电路的仿真

1.通过Protues仿真软件绘出数字电位器控制电路图如下所示

说明：

①、当开关UP开关和DOWN开关都断开时，CS端、INC端和U/D端都为高电平。

②、当开关UP合上，DOWN断开时，则T触发器S端为高电平，S端无效，INC端产生脉冲信号，CS端为低电平，U/D端为高电平，电位器电压或阻值变大，当UP端断开时，则T触发器S端为低电平，S端有效，将输出T触发器输出的信号变为高电平，电位器停止电压或阻值停止上升并保存，CS端回到高电平。

③、当开关DOWN合上，UP断开时，则T触发器S端为高电平，S端无效，INC端产生脉冲信号，CS端为低电平，U/D端为低电平，电位器电压或阻值变小，当DOWN端断开时，则T触发器S端为低电平，S端有效，将输出T触发器输出的信号变为高电平，电位器停止电压或阻值停止下降并保存，CS端回到高电平。