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X9241数字电位器的原理及在DSP中的应用

发布时间:2020-07-21 18:58:18 阅读: 来源:二氧化碳缓蚀剂厂家

1 x9241概述

本文引用地址: 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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