高分辨率数字电位器的软件实现

　　引 言

　　与机械电位器相比，数字电位器有许多优点。但是在有些应用场合，数字电位器的分辨率往往达不到设计要求，通常最大抽头数为1 024。以X9241为例，内部包括一个I2C接口和4个64抽头的数字电位器，可独立使用，也可串联使用，如按常规方法使用，其分辨率较低，即使4个电位器串联，也只能达到256个抽头。本文提出了一种软件、硬件结合的方法，可使电位器的中间抽头数达到8 001个，分辨率达到0.008%。

　　1 设计原理

　　1.1 基本原理

　　高分辨率数字电位器POT由4个电位器组成，如图1所示，4个数字电位器POT0、POT1、POT2、POT3均为64抽头数字电位器。POTO、 POT3的固定端并联，滑动端分别接POT12的固定端。POT12由POT1、POT2串联，组成一个127抽头的电位器。4个独立电位器阻值相等，可根据需要选取。高分辨率数字电位器的固定端为VH、VL，滑动端为VW，VW由POT1、POT2的2个滑动端并连。

　　假设POT0、POT1、POT2、POT3、POT12的滑动端位置分别为x0、x1、x2、x3、y，POT的滑动端位置为z。

　　现采取以下控制策略：

　　①若POT3的滑动端位置为x，则POTO的滑动端位置同步调节到x+1，即两电位器始终保持1的间隔，相当于粗调节;

　　②调节POTl2滑动端位置y，相当于把间隔为1的区间再细分若干等分，即细调节。

　　采用等校电路法，可得到z与x、y的关系。

　　设VL、VH端电位分别为0、U，滑动端电位为UW，根据电学公式可得：

　　其中，U0W、U1W分别为POT1、POT1滑动端输出电位，并加到POT12的两个固定端。

　　由式(1)、式(2)推出式(3)，得VW端输出电位。

　　即电位器POT的滑动端相对于VL的电阻阻值为：

　　若规定z的步进增量为1，则有：

　　其中，R为电位器固定端的阻值，x的取值范围为0～62，y的取值范围为0～127。z的取值范围为0～8 001。分辨率为O.008%，中间抽头数为8 001个。

　　因为x、y、z均为整数，所以有：

　　1.2 控制算法

　　式(5)、(6)即为实现高分辨率数字电位器的基本公式。为了软件设计，还必须建立POT的中间抽头位置z与POT0、POT1、POT2、POT3的中间抽头位置的关系。

　　根据图1可知：

　　2 硬件电路

　　2.1 X9241数字电位器

　　X9241是Xicor公司生产的数字电位器，内部包括1个I2C接口和4个64位数字电位器POTO、POT1、POT2、POT3。每个数字电位器由电阻阵列及与之对应的滑动端计数寄存器WCR、4个位数据寄存器R0～R3等部分构成。其引脚配置如图3所示。