高性能数字电位器DS1867的应用

高性能数字电位器 DS1867 的应用 张信之 徐庆 (成都信息工程学院 电子工程系,四川 成都 610225) 摘 要:本文从应用角度介绍了数控可编程电位器 DS1867 的结构与编程要点，探讨了 DS1867 与 51 单片机的接口形式，通过软件时序仿真实现 SPI 操作，并给出了具体的接口电路及 驱动程序，最后对提高数控电位器精度作了较为详细的介绍。 关键字: 数字电位器 DS1867；51 系列单片机；SPI 接口；软件实现 中图分类号: 文献标识码: High Performance Digital Potentiometers DS1867 Application ZHANG Xin-zhi Xu Qing (Dep. electronic engineering, ChengDu university of information technology, SiChuan, China 610225) Abstracts: This paper Discusses the structure and programming essentials of programmable resistance DS1867 and Discuses the interface of DS1867 with 51 micro-controller also. The SPI operation has been achieved through the software timing simulation. It shows the material interface and driver circuit. At last, it has been introduced detail to improve the accuracy of the programmable resistance DS1867. Keywords: Digital Resistance DS1867; 51 micro-controller; SPI interface; Software 1 概述 数控可编程电阻器DS1867具有阻值可 调精度高、稳定性好、与微处理器接口简单、 价格低廉等优点。现在，在控制、仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 等领 域得到了广泛的应用。该款数字电位器与外 界的数据交换采用SPI接口。在本 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中， 所使用的51系列单片机由于没有SPI接口， 给控制带来了诸多不便，故本设计主要通过 软件编程的方式，实现单片机与DS1867的数 据交换，该设计不仅简化了系统的复杂程 度，同时使系统的整体成本大大地降低，在 工程实际应用中有一定的意义。 2 DS1867 的引脚及功能 DS1867是可编程的数控电位器，其封装 采用DIP14封装，如图(1)所示；其引脚定义 如表1-1所示。 表1-1 DS1867引脚定义 标号 引脚说明 Vcc 供电电压 GND 地 VB 基偏移电压(-5V～0V) L0,L1 电阻器0,1的低端 H0,H1 电阻器0,1的高端 W0,W1 电阻器0,1的滑动输出端 /RST 串行复位输入 DQ 串行数据输入 CLK 串行时钟输入 COUT 串行数据输出(电位器级联) SOUT 滑动端输出(W0或W1) DS1867 内含两个独立的数字电位器， 每个电位器在整个电阻值范围内有256 个 均匀滑臂分支点，在8位数字信号控制下， 电位器具有自动改变滑动端与固定端之间 阻值的功能，因此，数字电位器又称为数控 可编程电阻器。两个8位电阻设定值在掉电 图(1) DS1867 封装图 1 后可由芯片内集成的E2PROM 自动保存。微 处理机与DS1867的通信、控制仅用一个3线 串行口来完成。DS1867提供3种规格的阻值， 分别为10kΩ、 50kΩ和100kΩ。图(2)与图 (3)分别为DS1867内部结构框图与内部结构 原理图。 图(2)DS1867内部结构框图 由图(3) 可见，该数字电位器由电阻阵 列、电子开关阵列、译码器、移位寄存器和 控制电路等组成。电阻阵列由255个相同的 电阻单元串联在固定端H 和L 之间，形成 256 个节点，每个节点都接有一个电子开 关，256 个电子开关的另一端连在一起作为 公共端构成了滑动臂W。8 位电阻设定值经 8/ 256 译码器后就接通了电阻阵列中相应 一个节点上的电子开关(其余均断开)，由此 将该节点接到W 端上，相当于滑动端W 作了 一次移动，L 与W 点之间电阻值RWL相应地 发生了改变。 图(3)DS1867内部结构原理图 RWL由下式计算： RWL = D ×R + RW (1) 式(1) 中RW 为滑臂电阻， 即电子开关 的导通电阻，通常RW ≤100Ω，典型值为40 Ω； R 为电阻阵列中每个电阻单元的阻值； D 即输入的数字量。图(3) 中，H0 ,H1 为 两电位器高端；L0、L1 为两电位器低端； W0、W1 为两电位器滑动臂引出端；RST为串 行口复位输入端；CLK为串行口时钟输入端； DQ 为串行口数据输入端；SOUT为两电位器 滑臂选通输出端；COUT为级联端。图(3) 中 的17 位I/ O 移位寄存器用于存放滑臂选通 位及两电位器的电阻设定值。其使用分配情 况如图(4) 所示。移位寄存器附加有一个 E2PROM 映象寄存器，用于掉电时保存设定 值，上电后则自动将掉电前所记忆的数据送 回移位寄存器。E2PROM 可擦写10 万次以 上，采用这种写入方式使得器件更能长期可 靠地工作。 2 图(4)17位I/O移位寄存器 3 DS1867 串行口通信时序 串行数据通信是DQ、CLK和/RST按照时 序配合完成的，起始时刻/RST跳变到高电 平，并且在一个编程周期内保持，DQ在CLK 的高电平脉冲时刻将数据位写入，DQ数据需 要在CLK高电平建立已经保持了一定时间。 编程时序如图(5)(6)(7)所示。 图(5)总时序图 图(6)起始处时序图 图(7)结束处时序图 4 DS1867 与 89C51 的连接 4.1 硬件接口 3 由于MCS51系列单片机不具有SPI或相 同能力的接口，为了便于与DS1867接口，采 用软件合成SPI操作，为减少数据传送速率 受微处理器的时钟频率的影响，尽可能选用 的/RST、CLK和DQ分别由MC51的P2.0、P2.1 和P2.2提供，转换结果由电阻器0和电阻器1 外部接口分别输出，在此图不作说明，请读 者根据具体要求设计电路。 4.2 接口程序 较高的时钟频率。接口如图(8)所示。DS1867 位器驱动子程序*******/ void { unsigned i 行口全部置0******/ /*起始时刻/RST置高*/ / 据 _nop_()； 冲时刻数据写 _nop_()； 延时*/ 位后低位***/ pos1高位*/ */ 钟高电平脉冲时刻数据写 _nop_( << 1；/* pos1左移*/ /***传输控制字0， 先高位后低位***/ < 8；i++) 高电平*/ 据写入*/ CLK = 0； << 1；/*pos0左移*/ 数据的操作*/ } 如图(2)所，当连 外 部端口L1、H0时，可提高数字电位器精度， 即由 数字电位器能代替机械式电位器，并广 度和对比度的调 、 、 图(8)DS1867 与 MC51 接口 部分程序源码: /*******数字电 ChangePos(bit sel，unsigned char pos1，unsigned char pos0) nt i； /******初始化3线串 /RST = 0； DQ = 0； CLK = 0； /RST = 1； DQ = sel； *电位器输出选择位，DQ数 需要在CLK高电平建立前已经保 持一定时间*/ /*微量延时*/ CLK = 1； /*时钟高电平脉 入*/ /*微量 CLK = 0； /*CLK置低*/ /***传输控制字1，先高 for(i=0；i<8；i++) { if(pos1&0x80) /*取 DQ = 1； /*写入高电平*/ else DQ = 0； /*写入低电平 _nop_()； CLK = 1；/*时 入*/ )； CLK = 0； pos1 = pos1 } for(i = 0；i { if(pos0 & 0x80) /*取pos0高位*/ DQ = 1； /*写入 Else DQ = 0； /*写入低电平*/ _nop_()； CLK = 1； /*时钟高电平脉冲时刻 数 _nop_()； pos0 = pos0 } /RST = 0; /*/RST置低完成一次 接上下电位器滑臂 单用一个滑臂具有精度的256变为512， 亦相当于具有9位的D/A转换器。当选择滑臂 0时， 输出范围为(256 + 0) * VCC / 512 ~ (256 + 255) * VCC / 512）此时电位器1控 制字无关。 选择滑臂1时，输出范围为0 ~ (255 + 0) * VCC / 512）此时电位器0控制 字无关。选择两个滑臂，扩大电阻变化范围。 结束语 泛地应用于LCD 投影仪高 整 激光二极管偏置和调制控制、可编程电 源、射频功率放大器的偏置调整、功率调整 4 马达速度控制、工业控制和消费电子等领 域。此外，DS1867可用于级联，还可用作D/A 转换器等。在过程控制中得到了广泛的应 用。数字电位器是有源器件，对其供电后才 能正常工作，使用电压不能超过其额定工作 电压。使用时应根据系统供电状态选用适合 的 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 。 参考文献 [1] 王爱廉. 数字电位器及其应用[J] . 电子报 (2003 年合订本) :328 - 332. [2] 何立民. MCS251 单片机应用系统[M] . 北京 北京航空航天大学出版社,1998. : (许雪军编发) 1996. 985-)，四川省阆中人，现成 信息工程学院，电子信息工程专业，本科在读。 9@126.com [2] 孙涵芳. Intel 16 位单片机[M] . 北京:北 京航空航天大学出版社,1999. [4] Xicor. 非易失性器件使用 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [M] . 武 汉:P&S 武汉力源电子有限公司, [5 ] Dallas. Dallas Semiconductor data books[ S] . 1995. 作者简介：张信之(1 都 手机：13408487110 座机：028—85965429 E-mail：zxz27871773 邮编：610225 邮寄地址：四川省成都市西南航空港经济开发区学 事雷达及扩频系统信号处理方面的研究； uqing68@cuit.edu.cn 府路一段 24 号 成都信息工程学院 电子工程系 徐庆(1968-)，男，四川成都人，副教授，主要从 通信地址: 四川 成都 成都信息工程学院 电子工 程系 邮编：610225 电话：13678176225，(028)83202298(H) E-mail 地址：x 5