摘要：介紹XICOR公司（現(xiàn)已被INTERSIL公司合并）的數(shù)控電位器DCP器件的接口方式，討論三線DCP的接口控制以及在沒(méi)有MCU的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)三線接口DCP控制，提出以按鍵和軸編碼器對(duì)三線DCP控制的實(shí)現(xiàn)電路。
概述
XICOR公司以模擬混合器件見(jiàn)長(zhǎng)，DCP是其最主要也是最成功的產(chǎn)品之一。XICOR公司早在1984年開(kāi)始設(shè)計(jì)DCP器件，與其他DCP的制造工藝不同，以硅工藝實(shí)現(xiàn)電阻，而不是采用DAC實(shí)現(xiàn)，這是XICOR的專利技術(shù)，因此在性能及表現(xiàn)上是目前其他品牌的DCP所無(wú)法比擬的。XICOR的DCP器件的一般原理是，內(nèi)部串聯(lián)一定數(shù)量的電阻，電阻間由NMOS/CMOS開(kāi)關(guān)管連接至中心抽頭輸出端，通過(guò)控制MOS門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以改變輸出電阻。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
從上圖可知它的原理與傳統(tǒng)機(jī)械電位器極其相似。數(shù)控電位器件與機(jī)械電位器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，最大的好處是可實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)節(jié)，然而在一些沒(méi)有MCU的實(shí)際應(yīng)用中，如何使用DCP器件？正是本文所要討論的內(nèi)容。
DCP的接口方式
XICOR公司的DCP器件中接口方式，一般可分為四種，如表1 所示：


對(duì)于按鍵控制方式，可在任何場(chǎng)合使用，而對(duì)于三線、IIC和SPI方式，則是針對(duì)有MCU場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的。但是按鍵方式只有一個(gè)產(chǎn)品X9511，不能滿足多種應(yīng)用，而IIC和SPI方式由于采用標(biāo)準(zhǔn)的通信方式和協(xié)議，一般必須在MCU的場(chǎng)合才能使用。
三線方式，通過(guò)CS、INC、U/D控制，CS是低有效片選，INC是下降沿有效的步進(jìn)脈沖，U/D的高/低電平控制方向。由于此控制電路非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有復(fù)雜的時(shí)序關(guān)系，可以非常簡(jiǎn)便地轉(zhuǎn)換為按鍵控制。并且，三線接口的DCP器件型號(hào)在所有DCP中占有半數(shù)之多，具有各種阻值和功能，能夠滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合。在三線方式的DCP中，接口控制和MOS門(mén)控制電路可簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)N位的計(jì)數(shù)器和譯碼器。計(jì)數(shù)器對(duì)INC上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，U/D信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器的方向進(jìn)行控制，CS信號(hào)除了使用器件的作用外，還具有自動(dòng)存儲(chǔ)功能，即在CS失效變?yōu)楦咂綍r(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值自動(dòng)保存到非易換性的存儲(chǔ)器EEPROM中。并且在器件上電時(shí)，自動(dòng)讀出EEPROM中和內(nèi)容到計(jì)數(shù)器中，因此DCP的值也是非易失性的，這是XICOR的DCP產(chǎn)品的特色。



圖2 按鍵控制三線DCP軸編碼器的脈沖和方向電路通過(guò)按鍵控制三線DCP器件　　
圖2中給出一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的按鍵控制三線DCP的電路。電路的工作原理是：當(dāng)S1或S2被按下時(shí)，U2A輸出高；U2B立即輸出低，產(chǎn)生片選信號(hào)；經(jīng)R7、C3構(gòu)成遲時(shí)電路后，多諧振蕩器電路U2C開(kāi)始產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，脈沖頻率由R8、C5決定，圖示的值約為幾十Hz；按鍵放開(kāi)后，R9、C8構(gòu)成的延時(shí)電路使U2B稍后升高，以保證INC的脈沖被DCP接受，也就是保證CS在INC失效后再失效。圖中U2D、DS1和R6是一個(gè)附加的指示電路，C10、C11對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行濾波，選用肖特基的二輸入與非門(mén)74HC132旨在提高系統(tǒng)的可靠性。


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使用軸編碼器控制多顆三線DCP器件
在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中軸編碼器已經(jīng)是經(jīng)常使用的器件，又稱旋扭編碼器。軸編碼器可分為接觸式和光電式兩種，光電式需要電源驅(qū)動(dòng)，常用的軸編碼器中通常附加有按鍵功能，本文中使用了一款帶有按鍵功能的接觸式軸編碼器進(jìn)行設(shè)計(jì)。
軸編碼器輸出兩路相位正交的兩路信號(hào)（相位差90°），每旋轉(zhuǎn)圈可輸出若干個(gè)脈沖信號(hào)，帶的按鍵功能的在每次按下旋扭時(shí)還會(huì)引起另一對(duì)引腳的短路，功能與普通按鍵相同。兩路正交輸出信號(hào)A、B在旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)相位發(fā)生變化，如順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)A相超前B相90°，而在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)B相則超前A相90°。據(jù)此我們可以用數(shù)字電路對(duì)軸編碼器的信號(hào)進(jìn)行解碼，解出脈沖信號(hào)和方向信號(hào)，如圖3所示。
圖中肖特基反相器74HC14（U7）消除A、B相信號(hào)上的毛刺以及對(duì)信號(hào)倒相；二輸入與門(mén)74HC08（U6）產(chǎn)生相差四分之一個(gè)相位的四個(gè)脈沖信號(hào)；帶置位和清除的D觸發(fā)器CD4013（U10）對(duì)信號(hào)時(shí)序調(diào)整，產(chǎn)生延遲A、B四分之一相位的P_A和P_B信號(hào)；P_A和P_B信號(hào)再合并得到最終的脈沖信號(hào)PULSE；D觸發(fā)器U11由PULSE和P_A的時(shí)序解出方向信號(hào)DIRECT。PULSE和DIRECT可作為DCP的INC