作者：Marian Hryntsiv， Dialog半導(dǎo)體公司（瑞薩全資子公司）文檔工程師

簡介

很多應(yīng)用在其用戶控制界面中采用機(jī)械電位計(jì)。我們可以將這些機(jī)械電位計(jì)換成更新且可靠的編碼器控制元件和數(shù)字變阻器，它們是改變信號(hào)電氣參數(shù)的組件。

本文中，我們使用了GreenPAK? SLG47004。它是該項(xiàng)目的絕佳選擇，因?yàn)槠潆娐方Y(jié)合了兩個(gè)數(shù)字變阻器和可配置邏輯來處理編碼器信息。這種組合可實(shí)現(xiàn)許多設(shè)計(jì)：穩(wěn)壓電源、具有可調(diào)增益的放大器等。此外，數(shù)字邏輯可確定編碼器的旋轉(zhuǎn)速度。這種方法如圖1所示。

圖1

1. 系統(tǒng)概述

圖2顯示了基于SLG47004的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)。

圖2：GreenPAK Designer項(xiàng)目

在基于GUI的免費(fèi)軟件GreenPAK Designer中創(chuàng)建的完整設(shè)計(jì)文件可從以下鏈接下載。

https://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/2021-08/AN-CM-320_Potentiometer_Controlled_by_an_Encoder.zip

增量編碼器產(chǎn)生A和B輸出信號(hào)，用于改變數(shù)字變阻器的電阻。變阻器形成電位計(jì)，并實(shí)現(xiàn)可調(diào)分壓器來調(diào)節(jié)輸出電壓。

在任何時(shí)候，A和B信號(hào)之間的相位差為正或負(fù)，取決于編碼器的運(yùn)動(dòng)方向。

速度由頻率檢測器、One-Shots和多路復(fù)用器構(gòu)成。

本文中，我們使用了EC11編碼器。由于開關(guān)切換抖動(dòng)，編碼器會(huì)產(chǎn)生嘈雜的輸出振蕩。為了消除這種噪音，我們采用了2毫秒的延遲。請注意，此延遲針對EC11編碼器進(jìn)行了調(diào)整（根據(jù)其數(shù)據(jù)表）。對于其他編碼器，應(yīng)該相應(yīng)地評估延遲值。

2. 功能塊架構(gòu)

2.1. 數(shù)字邏輯說明

2.1.1. 確定編碼器方向

首先，延遲宏單元將編碼器輸出信號(hào)的兩個(gè)邊沿延遲2毫秒。延遲宏單元起到抗尖峰脈沖濾波器的作用，可消除開關(guān)切換抖動(dòng)。濾波后的信號(hào)B出現(xiàn)在One-Shots和頻率檢測器的宏單元輸入端子，以及DFF的CLK輸入端子上。濾波后的信號(hào)A出現(xiàn)在DFF的D輸入端子上。當(dāng)編碼器碼盤順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)A超前信號(hào)B，DFF輸出為高電平；當(dāng)編碼器碼盤逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)B超前信號(hào)A，DFF輸出低電平。所以DFF可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。變阻器上升/下降控制端子上的高或低信號(hào)決定了內(nèi)部計(jì)數(shù)器對于CLK輸入端子上的每個(gè)脈沖是進(jìn)行增加計(jì)數(shù)還是減少計(jì)數(shù)。

編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)序圖如圖3所示，編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)序圖如圖4所示。

圖3：編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)序圖

圖4：編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)序圖

2.1.1.確定編碼器速度

SLG47004具有10-bit數(shù)字變阻器，從而允許實(shí)施1024個(gè)調(diào)節(jié)步驟。可調(diào)分壓器有3種調(diào)節(jié)模式。用戶可以用step = 1個(gè)數(shù)字代碼（模式1）、step = 10個(gè)數(shù)字代碼（模式2）和step = 100個(gè)數(shù)字代碼（模式3）共三種不同的步長來改變輸出信號(hào)。采用了2個(gè)頻率檢測器以實(shí)現(xiàn)3種模式。第一種模式用來平滑準(zhǔn)確地調(diào)整輸出信號(hào)。當(dāng)用戶用小于10 Hz的頻率調(diào)整旋鈕時(shí)，會(huì)激活第一種模式。當(dāng)頻率在大于10 Hz小于25 Hz時(shí)激活第二種模式。頻率大于25 Hz時(shí)激活第三種模式。

One-Shots為所需的脈沖數(shù)設(shè)置時(shí)間間隔。

根據(jù)頻率檢測器的輸出，來決定數(shù)字多路復(fù)用器傳遞到變阻器的CLK輸入端的脈沖數(shù)量是1個(gè)、10個(gè)或100個(gè)脈沖。

2.1.2. 每轉(zhuǎn)的制動(dòng)和脈沖數(shù)

該項(xiàng)目中使用了具有不同脈沖數(shù)和制動(dòng)（位置）/阻尼點(diǎn)的編碼器。對于15個(gè)脈沖，每個(gè)完整脈沖有兩個(gè)制動(dòng)/阻尼點(diǎn)。這意味著對于旋轉(zhuǎn)編碼器中的每個(gè)脈沖（或周期），都有兩個(gè)制動(dòng)/阻尼點(diǎn)：脈沖的上升沿（一次變化）和脈沖的下降沿（另一次變化）。如果您的旋轉(zhuǎn)編碼器每個(gè)脈沖有一個(gè)制動(dòng)/阻尼點(diǎn)，那么每個(gè)脈沖有兩次變化。對于這種類型的編碼器，設(shè)計(jì)保持不變，除了頻率檢測器和One-Shots設(shè)置。他們的設(shè)置中，Edge Select應(yīng)設(shè)置為“Falling”或“Rising”。在脈沖數(shù)和制動(dòng)數(shù)不匹配的編碼器中，Edge Select應(yīng)設(shè)置為“Both”。

2.2. 電位計(jì)模式

對于此設(shè)計(jì)，我們使用了數(shù)字變阻器的電位計(jì)模式。該模式允許將兩個(gè)2引腳變阻器組合配置為一個(gè)3引腳電位計(jì)一樣來工作。當(dāng)此模式啟用時(shí)（寄存器 ［917］ = 1），用戶只需要更改RH0內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值即可。在這種模式下，RH1計(jì)數(shù)器的值是電位計(jì)總計(jì)數(shù)值（1023）減去RH0計(jì)數(shù)器值后所得的數(shù)值。請注意RH0_B引腳和RH1_A引腳必須外部短接在一起。

2.3. 宏單元設(shè)置

下表顯示了3-bit LUT1和3-bit LUT3設(shè)置：標(biāo)準(zhǔn)邏輯門–多路復(fù)用器。

?

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?

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圖5a：數(shù)字變阻器設(shè)置

圖5b：數(shù)字變阻器設(shè)置

圖6a：延遲/濾波設(shè)置

圖6b：延遲/濾波設(shè)置

圖7a：脈沖數(shù)與制動(dòng)數(shù)不匹配時(shí)的One Shots設(shè)置

圖7b：脈沖數(shù)與制動(dòng)數(shù)不匹配時(shí)的One Shots設(shè)置

圖8a：脈沖數(shù)與制動(dòng)數(shù)匹配時(shí)的One Shots設(shè)置

圖8b：脈沖數(shù)與制動(dòng)數(shù)匹配時(shí)的One Shots設(shè)置

圖9a：脈沖數(shù)和制動(dòng)數(shù)不匹配時(shí)的頻率檢測器設(shè)置

圖9b：脈沖數(shù)和制動(dòng)數(shù)不匹配時(shí)的頻率檢測器設(shè)置

圖10a：脈沖數(shù)和制動(dòng)數(shù)匹配時(shí)的頻率檢測器設(shè)置

圖10b：脈沖數(shù)和制動(dòng)數(shù)匹配時(shí)的頻率檢測器設(shè)置

總結(jié)

SLG47004有兩個(gè)數(shù)字變阻器，可以實(shí)現(xiàn)眾多有用的應(yīng)用。一個(gè)典型的例子是結(jié)合現(xiàn)代編碼器使用數(shù)字變阻器代替模擬電位計(jì)。本文說明了如何使用SLG47004實(shí)現(xiàn)可調(diào)分壓器，它是一種通用解決方案，可應(yīng)用于可調(diào)電源、放大器的增益控制等。該解決方案具有成本效益且能耗低。