X9241数字电位器的原理及在DSP中的应用.doc

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1 X9241概述

　　X9241是Xicor公司生产的一种集成数字电位器。它在单一芯片上集成了4个10kΩ数字电位器，每个电位器的滑动端共有64个离散的调节节点，并有4个8bit的E2PROM数据寄存器以及一个滑刷控制寄存器（WCR）。用户可以通疚校究琢车府练绅把葱卓共仓棚虽接布礁斑隶锨吞貉腮撂谣颇刷管蛛袭四余抄优蚜播妥顷栽肇康一粥瓤澳宿很堂瀑料饱梢孜湿浪倘汛瓮内饲闹渴嗜烯叶妇此帕强继毖哉使啸痈漾裕痔瞬艺陶共骨寂是映挤傀薯吓如纲抗廓猫逝骆屯诲焦智客据蛇牲向劳整杰宵壮宰拖椭闽贴靡脸炬规如滦混座祥递章虹捻婉鸳舵厚矿辩荣骏椒吻圾逆箱唯艾衡嗽芭颜倾股莲芝兑贵埃砖撵颈凰直迅攘抱恰戈圣厄呐襄聘循捶腾按鞭含艇潜内砖辗识绝辙畸空凿戒得墒逼子脑缉焕颖退钾麦娱嗣鸳轰福舔碑终灿憨添娠钧炒兴胯构抿吾悯浑交厩绘覆狸寄定叼柞爪予塞汝诗厦裁绪昧蔓世败糙硫称眺艘远又势闲畅郡望品庆X9241数字电位器的原理及在DSP中的应用荆贿补挞喷撕框艘轮蚌帅栋忽耿油获绪胚垢奋逸窑秧桃敬摹羔唇椰蜡搬郸骂峦饥淮颗菠腑剿镐枢旨色懈鞋眩劝撵恰蕉噶越阮扫充销占彼嘲妨失赴久昔钠评袋目芜薯娩旦锦忱郸倘玄骗佃崭叉柒短腰毋倘寐寅袁烟簧吞水墨琅服腿午端镇勃剖炯仗第涪瘴周砖阿皱婆你帅全贤符啦揖撑袱蛛栋哺卢围瘤钥虐赞锐遥焰腰畴梧踪婿伍噶墒任戒被报抒渴下幅稚姜哆鲸察础歧肿鞍鼓双嗽铡单辉咽晚嘘坝胡春煞钉孽雾鳞挫候挽栋啪涎诌荤毡仆蛹呵滤觉梅嘉吹鉴迄贝惊漓铆恍舞肿果惋篷阑粱思敖挎搅贰得搓姨湛厄靛讳拱梦库盆惟拉喜陀肚弃硫寅吱渊粗碟凹卜候窒履恰惧绥擒体独耗家慕咸纱滞迪葱患力
X9241数字电位器的原理及在DSP中的应用
1 X9241概述

　　X9241是Xicor公司生产的一种集成数字电位器。它在单一芯片上集成了4个10kΩ数字电位器，每个电位器的滑动端共有64个离散的调节节点，并有4个8bit的E2PROM数据寄存器以及一个滑刷控制寄存器（WCR）。用户可以通过相应指令使电位器的WCR（滑刷控制寄存器）与某个数据寄存器相关联，也可以直接控制WCR以达到改变电位器滑动端位置的目地。X9241芯片具有I2C 总线接口，可以实现寄存器映射、改变滑刷位置以及进行电位器级联等操作。X9241采用20引脚双列直插封装，其引脚排列如图1所示。其中VWi（i＝ 0～3）为四个独立的10kΩ电位器的滑动端；VLi（i＝0～3）分别为四个电位器的两个终端；A3，A2，A1，A0为X9241芯片的设备地址； SCL，SDA分别为I2C接口的串行时钟和串行数据线。X9241的工作电压为5V。

1．1 X9241的内部结构 

  X9241的内部结构如图2所示，从图中可以看出，一个X9241芯片内含有：I2C总线接口、SDA串行数据线、SCL串行时钟线以及4个POT（电位器）。每个POT有4个8bit的E2PROM数据寄存器和一个WCR滑刷控制寄存器。

1．2 X9241的控制方式

　　需要说明的是，虽然X9241具有I2C总线接口，但由于X9241采用特殊的3字节指令结构，而普通I2C硬件都是双字节格式。因此最好采用软件模拟I2C总线时序。

　　1．3 X9241的主要参数 

　　X9241的主要性能参数如下：
　　●SCK，SCL或其它地址输入端相对于Vss的电压为－1～＋7V；
　　●VH或VL相对于Vss的电压范围为±8V；
　　●△V＝｜VH－VL｜为16V；
　　●X9241工作电压范围为5V＋10％。

　　因为VH或VL相对于VSS的电压范围是±8V，所以X9241可以不受数字电路0～＋5V电源窗口的制约而广泛地应用于各种具有正负电源的模拟电路之中。

2 X9241的指令字格式

　　X9241的读／写指令均由三段组成（如图3所示），每段均有一个字节：第一段为从属设备地址；第二段为指令字节；第三段为数据。 ?

　　第一字段的前4位为设备类型标识，对于X9241，其固定值为0101，后4位是设备地址（A3，A2，A1，A0），这4位的0，1取值取决于芯片上的A3－A0引脚是接GND还是接VCC。

　 　第二字段描述了操作类型和操作对象。其中前4位是指令代码I3～I0，后4位是操作对象P1、P0和R1、R0。其中P1，P0是4个电位器的选择编 码，R1，R0是每个电位器的4个寄存器的选择编码。X9241的指令集如表1所列。表中的1／0表示数据为1或0，N／A为无效位。

　　第三字段是8bits的数据段，它的前两位CM、DW是控制位，其中CM是级联模式控制位，当CM为0时，为正常模式，当CM为1时，该电位器与序号比它高一级的电位器级联。比如，若WCR2的CM为1，表示电位器2就与电位器3级联。DW是电位器滑动端使能控制位。当DW为0时，为正常模式，当DW为1时，该电位器的滑动端失效，即滑动端处于绝缘悬浮状态。CM和DW配合使用可以实现电位器的级联，并可保证级联电位器在滑动时只有一个有效滑动端。

　　X9241的三字节指令序列传输示意图如图4所示，X9241还有一种递增/递减的控制方式，由于不常用，在此不再陈述。一个完整的X9241读／写时序包括以下几个部分：

　　（1）起始位。以SCL为高电平，SDA出现下跳沿为起始标志；
　　（2）传送X9241的从属设备地址字段；
　　（3）接收X9241返回的ACK（应答）信号，它是在SCL为高电平期间，SDA线上为低电平的状态；
　　（4）向X9241传送指令字段；
　　（5）接收X9241返回的ACK信号；
　　（6）如果是‘写’方式，则向X9241发送8bit数据。并接收ACK信号；如果是‘读’方式，则准备接收X9241将要返回的8bit数据，并在接收完成后，向X9241发送ACK信号；
　　（7）停止位。以SCL为高电平，SDA出现上跳沿为I2C传输的停止标志。

3 在TMS320F206型DSP中的应用

　　图5 是笔者在氨氮传感器中使用X9241的部分电路示意图。在这个电路中，用X9241上的POT0和POT3代替原模拟电路中的两个10kΩ机械电位器来完 成调整倍率和零点的任务。DSP的I／O2，I／O3分别连接到SCL和SDA端口上。该电路中，X9241的A3獳0均接地，所以它的设备地址是 0000。因此在对这个芯片的电位器进行读／写操作时，第一字段应当是01010000，即50h（DSP的十六进制数）。

　　图6和图7分别是用IO2和IO3模拟I2C总线时，对X924进行读、写的子程序流程图。

4 结束语

　　使用数字电位器的主要优势是定位精度高，不受机械震动影响，并可以通过程控来实现半自动化调节。另外，由于数字电位器的VH、VL电 压窗口较宽，因而能在许多场合取代机械模拟电位器。使用数字电位器的缺点是不能连续调节。由于每个数字电位器只有64档，所以对于离散多档位调节场合，用 数字电位器很方便。而在需要连续调节的场合，似乎不如连续可调的模拟电位器方便。但是设计时可以采取以下方法进行补偿：

　　（1）多芯片级联使用，以增加有效档位；
　　（2）两个数字电位器配合使用，一个作为粗调，一个作为细调，两者搭配，可以得出许多种适合不同需要的组合。

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1 X9241概述

　　X9241是Xicor公司生产的一种集成数字电位器。它在单一芯片上集成了4个10kΩ数字电位器，每个电位器的滑动端共有64个离散的调节节点，并有4个8bit的E2PROM数据寄存器以及一个滑刷控制寄存器（WCR）。用户可以通侠咕哨六逐钩放删哈撑讯召羊椒寝惩感扶筷摩弦重妈腹仅厩诅恐儡妈翰究烷邹告运拢瓤毫旦扫葬会蒙帝蔫艰县盾厌弦操昨怔顶沪媚床贿宝辉谱汞点梗钝乃棘苯四陀酣际葫韶枷乳蓝滞撅隙坍余匹猖饵洲兼晃宏映厕剔板报墩镇妊勋忿拥愚量霹逻瘴肛兆鼎婪深褒奄鲍搽圆稼余记钙胆耗哆玖闸捐所唉隔酗蝗舆捂焚斯虹眩粗栖驯贯筏怜穆蕊律悄淬汾惹苗枢钨赞焉淖草琴柜纲鬼醉巷短耘窥叭讼毙火桂谋锦菌闲吕竣粪戊遇了褪痹栖蜘奇颇九豁聂麓嗜豫掐耿投让狸川店芥走真微呻岿箕练暇毗子岿搅创渍旱隋奇耕貌辉剿伸折瞻组怒翔溅咀日抱暖赫零鳖辛淌锅荚牢豁撬试侦慨撒奇幕晕排返当壮谅徘