什么是数字电位器？

　　数字电位器（Digital Potentiometer）亦称数控可编程电阻器，是一种代替传统机械电位器（模拟电位器）的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成威廉希尔官方网站 。数字电位器采用数控方式调节电阻值的，具有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显著优点，可在许多领域取代机械电位器。
　　数字电位器一般带有总线接口，可通过单片机或逻辑威廉希尔官方网站 进行编程。它适合构成各种可编程模拟器件，如可编程增益放大器、可编程滤波器、可编程线性稳压电源及音调／音量控制威廉希尔官方网站 ，真正实现了“把模拟器件放到总线上”（即单片机通过总线控制系统的模拟功能块）这一全新设计理念。
　　目前，数字电位器正在国内外迅速推广，并大量应用于检测仪器、PC、手机、家用电器、现代办公设备、工业控制、医疗设备等领域。
　　1 基本工作原理
　　由于数字电位器可代替机械式电位器，所以二者在原理上有相似之处。数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件其等效威廉希尔官方网站 ，如图l所示。当数字电位器用作分压器时，其高端、低端、滑动端分别用VH、VL、VW表示；而用作可调电阻器时，分别用RH、RL和RW表示。
　　
　　图2所示为数字电位器的内部简化威廉希尔官方网站 ，将n个阻值相同的电阻串联，每只电阻的两端经过一个由MOS管构成的模拟开关相连，作为数字电位器的抽头。这种模拟开关等效于单刀单掷开关，且在数字信号的控制下每次只能有一个模拟开关闭合，从而将串联电阻的每一个节点连接到滑动端。
　　
　　数字电位器的数字控制部分包括加减计数器、译码威廉希尔官方网站 、保存与恢复控制威廉希尔官方网站 和不挥发存储器等4个数字威廉希尔官方网站 模块。利用串入、并出的加／减计数器在输入脉冲和控制信号的控制下可实现加／减计数，计数器把累计的数据直接提供给译码威廉希尔官方网站 控制开关阵列，同时也将数据传送给内部存储器保存。当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后，译码威廉希尔官方网站 的输出端只有一个有效，于是只选择一个MOS管导通。
　　数字控制部分的存储器是一种掉电不挥发存储器，当威廉希尔官方网站 掉电后再次上电时，数字电位器中仍保存着原有的控制数据，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。因此，数字电位器与机械式电位器的使用效果基本相同。但是由于开关的工作采用“先连接后断开”的方式，所以在输入计数有效期间，数字电位器的电阻值与期望值可能会有一定的差别，只有在调整结束后才能达到期望值。
　　从图2可以看出，数字电位器与机械式电位器有2个重要区别：1）调整过程中，数字电位器的电阻值不是连续变化的，而是在调整结束后才具有所希望的输出。这是因为数字电位器采用MOS管作为开关威廉希尔官方网站 ，并且采用“先开后关”的控制方法：2）数字电位器无法实现电阻的连续调整，而只能按数字电位器中电阻网络上的最小电阻值进行调整。
　　2 数字电位器的典型应用
　　数字电位器的应用广泛，而且按照不同的分类标准也有很多种类，但是基本原理是相似的，这里以三线加／减式接口的数字电位器X9313为例，介绍数字电位器的应用。
　　2．1 内部结构及工作原理
　　X9313为工业级的32抽头数控电位器，最大阻值为10 kΩ，采用8引脚，有DIP、OIC、FSSOP 3种封装。X9313的内部功能框图，如图3所示。它由输入部分、5位E2PROM、存储和调用威廉希尔官方网站 、32选l译码器、由MOS场效应管构成的32路模拟开关、电阻阵列6部分组成。其中输入部分是5位加／减计数器经过三线加／减式接口（）与单片机相连，其工作像一个升／降计数器，输出经译码，控制接通某个电子开关，这样就把电阻阵列上的一个点连接到滑动输出端。电阻阵列由32个等值的电阻和与之相配套的电子开关组成。根据控制端的电平，计数器的内容还可以储存到非易失存储器中以便后续使用。
　　
　　2个顶脚引线分别接VH和VL，中间抽头为VW。为3个控制端，其中，为片选端，为低电平时，X9313被选中。此时才能接收的信号。在下降沿使计数器增或减1。如果，滑动端向VH方向滑动，VW与VH之间的电阻减小一个阶值。反之，如果，滑动端向VL方向滑动。计数器输出译码后，经过32选1，使滑动端的位置沿电阻阵列移动。当计数器达到某个极端（00000或11111）时，不会循环回复，从00000自动变成1111l，或从11111变成00000，也就是说当为高电平而也为高电平时，计数器的值存储到非易失存储器中，系统上电时，器件自动将非易失性存储器中的值送到计数器，作为计数器的输出。
　　2．2 典型应用
　　2．2．1 手控调压威廉希尔官方网站
　　图4所示为。将VH端接+5V，VL接地。从VW端输出0～+5 V的可调电压。R1、R2为上拉电阻。只要按动开关S1，输出电压就升高，每按一次电压升高0．05V，最高可达5V。如果按住S2即为低电平，此时按S1则每按一次电压降低0．05V。
　　
　　2．2．2 X9313与单片机的接口威廉希尔官方网站
　　这里以常用的AT89C2051单片机为例介绍数字电位器与单片机的接口威廉希尔官方网站 。电位器的3个控制端分别接AT89C2051的P1．7、P1．6和P1．5。由R1、C1构成上电复位威廉希尔官方网站 ，C2、C3和石英晶体JT构成晶振威廉希尔官方网站 。因为单片机I／O端口内部已有上拉电阻，所以上电时上述控制端均为高电平，电位器处于待机状态，此时应用和上例相同。
　　
　　相关程序代码如下：
　　
　　
　　上面的程序实现了使UD为高电平，此时给数字电位器发送50个脉冲，增大电阻使高低端之间电压为2．5 V。通过单片机传给数字电位器脉冲信号来控制数字电位器的大小，从而方便而精确地改变电阻值。但是在实际应用中，要注意对数字电位器的误差进行分析和补偿。
　　3 结束语
　　数字电位器是一种颇具发展前景的新型电子器件，在许多领域可取代传统的机械电位器。其优点为：调节精度高；无噪声，工作寿命极长；无机械磨损；数据可读写；具有配置寄存器及数据寄存器；多电平量存储功能。它广泛应用于仪器仪表、计算机及通信设备、家用电器、医疗保健产品、工业控制等领域。任何需要用电阻来进行参数调整和控制的场合，都可使用数字电位器构成可编程模拟威廉希尔官方网站 。但是在实际使用中应特别注意数字电位器的电阻调整误差，由于不同应用场合时的误差影响因素有所不同。因此在实际应用时，最好利用A／D转换威廉希尔官方网站 对其进行精确测量，并采用单片机对其补偿。