一些時(shí)候我們需要在系統(tǒng)使用過(guò)程中改變某些電路電阻值以達(dá)到改變?cè)O(shè)定的目的，這時(shí)候我們就會(huì)使用電位器。在我們使用數(shù)字控制電路時(shí)多選擇數(shù)字電位器。在這一篇我們就來(lái)設(shè)計(jì)AD8400系列數(shù)字電位器的驅(qū)動(dòng)。

1、功能概述

AD8400/AD8402/AD8403分別是單通道/雙通道/四通道、256位、數(shù)字控制可變電阻(VR)器件，可實(shí)現(xiàn)與機(jī)械電位計(jì)或可變電阻相同的電子調(diào)整功能。AD8400內(nèi)置一個(gè)可變電阻，采用緊湊的SOIC-8封裝。AD8402內(nèi)置兩個(gè)獨(dú)立的可變電阻，采用節(jié)省空間的SOIC-14表面貼裝封裝。AD8403內(nèi)置四個(gè)獨(dú)立的可變電阻，提供24引腳PDIP、SOIC和TSSOP三種封裝。各器件均內(nèi)置一個(gè)帶游標(biāo)觸點(diǎn)的固定電阻，該游標(biāo)觸點(diǎn)在載入控制串行輸入寄存器的數(shù)字碼所確定的數(shù)字碼分接該固定電阻值。游標(biāo)與固定電阻任一端點(diǎn)之間的電阻值，隨傳輸至VR鎖存器中的數(shù)字碼呈線性變化。在A端與游標(biāo)或B端與游標(biāo)之間，各可變電阻提供一個(gè)完全可編程電阻值。A至B固定端接電阻(1 kΩ、10 kΩ、50 kΩ或100 kΩ)的通道間匹配容差為±1%，標(biāo)稱(chēng)溫度系數(shù)為500 ppm/°C。借助獨(dú)特的開(kāi)關(guān)電路，可將傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電阻設(shè)計(jì)中固有的高脈沖干擾降至最低，從而避免任何先合后開(kāi)或先開(kāi)后合操作。

每個(gè)VR均有各自的VR鎖存器，用來(lái)保存其編程電阻值。這些VR鎖存器由一個(gè)SPI兼容型串行至并行移位寄存器更新，該移位寄存器從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三線式串行輸入數(shù)字接口加載數(shù)據(jù)。由10個(gè)數(shù)據(jù)位構(gòu)成的數(shù)據(jù)字傳輸至串行輸入寄存器。

該數(shù)據(jù)字經(jīng)過(guò)解碼，前2位確定需要載入的VR鎖存器地址，后8位是數(shù)據(jù)。利用串行寄存器相對(duì)端的串行數(shù)據(jù)輸出引腳，就可以簡(jiǎn)單的菊花鏈形式將多個(gè)VR連接，而無(wú)需額外的外部解碼邏輯。

復(fù)位(RS)引腳通過(guò)將80H載入VR鎖存器來(lái)迫使游標(biāo)移到中間電平。SHDN引腳則迫使A端的電阻變?yōu)槎说蕉碎_(kāi)路狀態(tài)，并使游標(biāo)與B端短路，從而實(shí)現(xiàn)毫瓦級(jí)功耗的關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)SHDN回到邏輯高電平時(shí)，先前的鎖存器設(shè)置將使游標(biāo)處于關(guān)斷前的電阻值設(shè)置。數(shù)字接口在關(guān)斷期間仍有效，以便更改代碼，當(dāng)器件脫離關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，游標(biāo)將處于新的位置。

2、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

我們已經(jīng)了解了AD840x系列數(shù)字電位器的基本情況，接下來(lái)我們將基于此實(shí)現(xiàn)AD840x系列數(shù)字電位器的驅(qū)動(dòng)。

2.1、對(duì)象定義

我們的的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)都是基于對(duì)象的操作，所以我們先要抽象出AD840x系列數(shù)字電位器的對(duì)象類(lèi)型。這是一個(gè)系列對(duì)象所以有不同的類(lèi)型，每種類(lèi)型又有不同的標(biāo)稱(chēng)電阻值。這些都可以區(qū)別不同的對(duì)象，我們將其抽象為AD840x對(duì)象的屬性。而對(duì)于操作則相對(duì)簡(jiǎn)單，我們只需要向AD840x對(duì)象寫(xiě)數(shù)據(jù)，所以將寫(xiě)數(shù)據(jù)作為它的操作。具體定義如下：

/* 定義AD840x類(lèi)型枚舉 */
typedef enum AD840x{
AD8400，
AD8402，
AD8403
}AD840xType;
 
/* 定義AD840x通道選擇枚舉 */
typedef enum AD840xLdac{
AD840x_VR1=0x00，
AD840x_VR2=0x01，
AD840x_VR3=0x02，
AD840x_VR4=0x03
}AD840xLdacType;
 
/* 定義AD840x標(biāo)稱(chēng)電阻枚舉 */
typedef enum AD840xNR{
AD840x_NR1k，//標(biāo)稱(chēng)電阻為1K
AD840x_NR10k，//標(biāo)稱(chēng)電阻為10K
AD840x_NR50k，//標(biāo)稱(chēng)電阻為50K
AD840x_NR100k//標(biāo)稱(chēng)電阻為100K
}AD840xNRType;
 
/* 定義AD840x對(duì)象類(lèi)型 */
typedef struct AD840xObject{
AD840xType type;//AD840x對(duì)象類(lèi)型
float nominalValue;//標(biāo)稱(chēng)電阻值
void (*Write)(uint8_t rdac);//寫(xiě)數(shù)據(jù)操作函數(shù)指針
}AD840xObjectType;

有操作對(duì)象后，還需要對(duì)該對(duì)象變量作初始化才可使用，所以我們還需要定義一個(gè)初始化函數(shù)用于對(duì)象的初始化。AD840x對(duì)象的初始化函數(shù)如下：

/* 初始化AD840x對(duì)象 */
void AD840xInitialization(AD840xObjectType *vr，AD840xType type，AD840xWriteByte write，AD840xNRType nr)
{
float nValue[4]={1000，10000，50000，100000};


if((vr==NULL)||(write==NULL))
{
return;
}


vr->type=type;


vr->Write=write;


vr->nominalValue=nValue[nr];
}

2.2、對(duì)象操作

AD8400/AD8402/AD8403分別是單通道/雙通道/四通道、256位、數(shù)字控制可變電阻(VR)器件。更改VR編程設(shè)置是通過(guò)將10位串行數(shù)據(jù)字送入SDI引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)。此數(shù)據(jù)字由2個(gè)地址位(MSB優(yōu)先)和8個(gè)數(shù)據(jù)位(也是MSB優(yōu)先)組成。串行寄存器數(shù)據(jù)字格式如下：

AD840x的地址分配，由ADDR解碼器解碼，確定接收位B7至B0中的串行寄存器數(shù)據(jù)的VR鎖存器的位置。位置的計(jì)算公式如下：

VR#=A1*2+A0+1

單通道AD8400要求A1 = A0 = 0。雙通道AD8402要求A1 = 0。A1、A0的取值方式如下：

關(guān)于AD840x對(duì)象設(shè)置游標(biāo)的位置與電阻的關(guān)系：

根據(jù)上述兩個(gè)公式，當(dāng)我們需要某一阻值的電阻時(shí)，只需要設(shè)置響應(yīng)的D值就看可以了。具體的操作函數(shù)如下：

/*設(shè)置AD8400游標(biāo)的位置*/
void SetAD8400ResistorValue(AD840xObjectType *vr，uint16_t resistorValue，AD840xLdacType ldac)
{
  float mValue=0.0;
  uint16_t sendValue=0;
  uint8_t txData[2];
  
if((resistorValue<50)||(resistorValue>vr->nominalValue))
{
return;
}


if((vr->type==AD8400)&&(ldac!=AD840x_VR1))
{
return;
}


if((vr->type==AD8402)&&(ldac>AD840x_VR2))
{
return;
}


  mValue=((float)resistorValue-(float)RESISTANCEINITIAL)/(float)vr->nominalValue;
  sendValue=(uint8_t)(mValue*RESISTANCEINDEX);


  sendValue=sendValue||(ldac<<8);
  txData[0]=(sendValue>>2);
  txData[1]=(sendValue<<6);
  vr->Write(txData[0]);
  vr->Write(txData[1]);
}

第三個(gè)參數(shù)通道選擇，如前面所述由A1、A0決定。對(duì)于AD8400是單通道，直接指定第一通道即可。而AD8402對(duì)應(yīng)第一、第二通道。

3、驅(qū)動(dòng)的使用

我們實(shí)現(xiàn)了AD840x系列數(shù)字電位器的驅(qū)動(dòng)，接下來(lái)我們需要來(lái)討論一下它的應(yīng)用，及如何使用我們開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)我們的應(yīng)用。

3.1、聲明并初始化對(duì)象

首先我們依然是需要聲明AD840x對(duì)象變量。我們?cè)隍?qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)定義了AD840xObjectType對(duì)象類(lèi)型，所以我們就是用這個(gè)對(duì)象類(lèi)型聲明AD840x對(duì)象變量。具體操作如下：

AD840xObjectType ad840x；

對(duì)于定義的這一對(duì)象變量尚不能直接使用，必須先對(duì)其初始化。我們?cè)隍?qū)動(dòng)中也設(shè)計(jì)了初始化函數(shù)：void AD840xInitialization(AD840xObjectType *vr，AD840xType type，AD840xWriteByte write，AD840xNRType nr)。它的四個(gè)參數(shù)分別是：AD840x對(duì)象指針、AD840x的類(lèi)型、寫(xiě)AD840x對(duì)象函數(shù)指針、AD840x的標(biāo)稱(chēng)電阻值。

AD840x對(duì)象指針指向的就是我們所要初始化的對(duì)象變量。AD840x的類(lèi)型就是源自AD840xType枚舉。AD840x的標(biāo)稱(chēng)電阻值則源自AD840xNRType枚舉。關(guān)于寫(xiě)AD840x對(duì)象函數(shù)指針則是與具體硬件平臺(tái)和接口相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)。在這里就是指SPI對(duì)口的數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)。具體類(lèi)型如下：

typedef void (*AD840xWriteByte)(uint8_t rdac);

如我們可聲明為：void WriteAD8400bySPI(uint8_t rdac);

有了這些參數(shù)我們就可以使用初始化函數(shù)來(lái)初始化我們前面聲明的對(duì)象變量了。具體形式如下：

AD840xInitialization(&ad840x， AD8400， WriteAD8400bySPI， AD840x_NR10k)；

我們就將對(duì)象變量ad840x初始化為AD8400類(lèi)型的標(biāo)稱(chēng)電阻為10K的可變電阻對(duì)象，且向?qū)ο髮?xiě)數(shù)據(jù)的函數(shù)為WriteAD8400bySPI。

3.2、基于對(duì)象進(jìn)行操作

我們聲明并初始化完成對(duì)象變量后。就可以調(diào)用操作函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要對(duì)AD840x對(duì)象進(jìn)行的操作了。使用電阻設(shè)置函數(shù)即可：

void SetAD8400ResistorValue(AD840xObjectType *vr，uint16_t resistorValue，AD840xLdacType ldac)

其3個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是我們要操作的對(duì)象的指針；第二個(gè)是我們想要設(shè)置的電阻值；第三個(gè)參數(shù)是通道選擇。

4、應(yīng)用總結(jié)

我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了AD840x的驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用。AD840x的應(yīng)用并不復(fù)雜，我們只需要設(shè)定我們想要的電阻就可以了。在我們的應(yīng)用中得到的結(jié)果與我們預(yù)期的完全一致。

在使用驅(qū)動(dòng)時(shí)我們應(yīng)該注意。AD8402與AD8403均為多通道的可變電阻。在使用時(shí)需要注意通道選擇。通道選擇由下發(fā)數(shù)據(jù)的A1、A0位決定。驅(qū)動(dòng)中已定義為枚舉，選擇即可。

源碼公布到GitHUB：https://github.com/foxclever/ExPeriphDriver