X9241数字电位器的原理及在DSP中的应用

1 x9241概述

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

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。

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。

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。