什么是數(shù)字電位器

　　數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控可編程電阻器，是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械電位器（模擬電位器）的新型CMOS數(shù)字、模擬混合信號處理的集成電路。數(shù)字電位器采用數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值的，具有使用靈活、調(diào)節(jié)精度高、無觸點(diǎn)、低噪聲、不易污損、抗振動、抗干擾、體積小、壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)，可在許多領(lǐng)域取代機(jī)械電位器。

　　數(shù)字電位器的特點(diǎn)

　　壽命長（因無機(jī)械觸點(diǎn)）、工作可靠、性能穩(wěn)定、耐振動、體積小，能和數(shù)字電路或單片機(jī)靈活地結(jié)合在一起。

　　數(shù)字電位器工作原理

　　由于數(shù)字電位器可代替機(jī)械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖1所示。當(dāng)數(shù)字電位器用作分壓器時，其高端、低端、滑動端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調(diào)電阻器時，分別用RH、RL和RW表示。

　　圖2所示為數(shù)字電位器的內(nèi)部簡化電路，將n個阻值相同的電阻串聯(lián)，每只電阻的兩端經(jīng)過一個由MOS管構(gòu)成的模擬開關(guān)相連，作為數(shù)字電位器的抽頭。這種模擬開關(guān)等效于單刀單擲開關(guān)，且在數(shù)字信號的控制下每次只能有一個模擬開關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的每一個節(jié)點(diǎn)連接到滑動端。

　　數(shù)字電位器的數(shù)字控制部分包括加減計(jì)數(shù)器、譯碼電路、保存和恢復(fù)控制電路和不揮發(fā)存儲器等4個數(shù)字電路模塊。利用串入、并出的加／減計(jì)數(shù)器在輸入脈沖和控制信號的控制下可實(shí)現(xiàn)加／減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器把累計(jì)的數(shù)據(jù)直接提供給譯碼電路控制開關(guān)陣列，同時也將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部存儲器保存。當(dāng)外部計(jì)數(shù)脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路的輸出端只有一個有效，于是只選擇一個MOS管導(dǎo)通。

　　數(shù)字控制部分的存儲器是一種掉電不揮發(fā)存儲器，當(dāng)電路掉電后再次上電時，數(shù)字電位器中仍保存著原有的控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點(diǎn)之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。因此，數(shù)字電位器和機(jī)械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關(guān)的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計(jì)數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值和期望值可能會有一定的差別，只有在調(diào)整結(jié)束后才能達(dá)到期望值。

　　從圖2可以看出，數(shù)字電位器和機(jī)械式電位器有2個重要區(qū)別：

　　1）調(diào)整過程中，數(shù)字電位器的電阻值不是連續(xù)變化的，而是在調(diào)整結(jié)束后才具有所希望的輸出。這是因?yàn)閿?shù)字電位器采用MOS管作為開關(guān)電路，并且采用“先開后關(guān)”的控制方法：

　　2）數(shù)字電位器無法實(shí)現(xiàn)電阻的連續(xù)調(diào)整，而只能按數(shù)字電位器中電阻網(wǎng)絡(luò)上的最小電阻值進(jìn)行調(diào)整。

　　數(shù)字電位器應(yīng)用范圍

　　數(shù)字電位器正在國內(nèi)外迅速推廣，并大量應(yīng)用于檢測儀器、PC、手機(jī)、家用電器、現(xiàn)代辦公設(shè)備、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。例如：電冰箱、程控機(jī)、電源、功率表、自動檢測設(shè)備、光纖網(wǎng)絡(luò)、調(diào)節(jié)LCD顯示屏、電壓控制、取代機(jī)械式電位器、匹配線性阻抗、調(diào)節(jié)VCOM設(shè)置。

　　數(shù)字電位器MAX5438芯片介紹

　　MAX5438是MAXIM公司生產(chǎn)的7位128階數(shù)字電位器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1，它由1個7位移位寄存器，1個7位數(shù)據(jù)鎖存器，*模塊，電位器和控制時鐘邏輯組成。MAX5438的控制信號包括3個輸入信號：芯片選擇數(shù)據(jù)輸入（DIN）和串行時鐘（SCLK），數(shù)字邏輯由一個 2.7V～ 5.25V的電壓驅(qū)動。其內(nèi)部電阻兩端的電壓由外部通過VDD及VSS提供，VDD與VSS之間的電壓必須大于9V小于31.5V。這使得MAX5838在輸入電壓的選擇上具有很大的靈活性。同時，MAX5438的外部電路非常簡單，幾乎不需要任何外接元件就可實(shí)現(xiàn)對輸入電壓的調(diào)節(jié)輸出。

　　下降，然后在SCLK引腳上模擬時鐘信號，在每個時鐘的上升沿，一位數(shù)據(jù)就從DIN引腳被讀入串行移位寄存器，8位數(shù)據(jù)需要8個時鐘脈沖來完成輸入。需要注意的是，數(shù)據(jù)位D7是沒意義的，所以，在第二個脈沖的上升沿才讀入真正的MSB。所有數(shù)據(jù)位輸入完后，應(yīng)從低變高，這時數(shù)據(jù)被鎖存到電位器控制寄存器，通過*電路使電阻滑片W的位置隨輸入數(shù)據(jù)而改變。時序如圖2所示。

　　用MAX5438S實(shí)現(xiàn)負(fù)壓可調(diào)的硬件電路如圖3所示。固定負(fù)偏壓由MAX202芯片提供，單片機(jī)的3個I/O引腳與MAX5438的3個控制信號相連。

　　由于MAX5438內(nèi)部沒有EPROM，無法記錄滑片的位置，所以在程序的開始就要先寫入一個數(shù)據(jù)給它作為以后調(diào)節(jié)的起始值。這可以通過電路的實(shí)際情況選擇一個對所用液晶比較合適的值來作為起始值，這樣可以大大降低對比度的調(diào)節(jié)次數(shù)。起始值的范圍在00至7F之間，這兩個值分別對應(yīng)輸出的最小和最大電壓。在如圖2的實(shí)際電路中，MAX5438的輸入電壓是MAX202提供的-12V，輸出電壓的范圍是-9V～0V由于具有128階的調(diào)節(jié)能力，輸出電壓變化的最小值為9/128即約0.1V。對大部分液晶來說，負(fù)偏壓在-8V～-9V時顯示效果較好，所以起始值在02至06之間比較合適。進(jìn)入對比度調(diào)節(jié)菜單后，通過按鍵來增加或減少初始值，每按一次鍵，就把新值送入MAX5438來改變其輸出電壓。

　　這是用DC-DC變換器產(chǎn)生可調(diào)負(fù)偏壓從而調(diào)節(jié)對比度的方法。這種方法適用于系統(tǒng)電路中沒有可用負(fù)偏壓或負(fù)偏壓不能滿足需要的情況。