什么是數(shù)字電位器

　　數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控可編程電阻器，是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械電位器（模擬電位器）的新型CMOS數(shù)字、模擬混合信號處理的集成電路。數(shù)字電位器采用數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值的，具有使用靈活、調(diào)節(jié)精度高、無觸點、低噪聲、不易污損、抗振動、抗干擾、體積小、壽命長等顯著優(yōu)點，可在許多領(lǐng)域取代機械電位器。

　　數(shù)字電位器的特點

　　壽命長（因無機械觸點）、工作可靠、性能穩(wěn)定、耐振動、體積小，能和數(shù)字電路或單片機靈活地結(jié)合在一起。

　　數(shù)字電位器工作原理

　　由于數(shù)字電位器可代替機械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路，如圖1所示。當(dāng)數(shù)字電位器用作分壓器時，其高端、低端、滑動端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調(diào)電阻器時，分別用RH、RL和RW表示。

　　圖2所示為數(shù)字電位器的內(nèi)部簡化電路，將n個阻值相同的電阻串聯(lián)，每只電阻的兩端經(jīng)過一個由MOS管構(gòu)成的模擬開關(guān)相連，作為數(shù)字電位器的抽頭。這種模擬開關(guān)等效于單刀單擲開關(guān)，且在數(shù)字信號的控制下每次只能有一個模擬開關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的每一個節(jié)點連接到滑動端。

　　數(shù)字電位器的數(shù)字控制部分包括加減計數(shù)器、譯碼電路、保存和恢復(fù)控制電路和不揮發(fā)存儲器等4個數(shù)字電路模塊。利用串入、并出的加／減計數(shù)器在輸入脈沖和控制信號的控制下可實現(xiàn)加／減計數(shù)，計數(shù)器把累計的數(shù)據(jù)直接提供給譯碼電路控制開關(guān)陣列，同時也將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部存儲器保存。當(dāng)外部計數(shù)脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路的輸出端只有一個有效，于是只選擇一個MOS管導(dǎo)通。

　　數(shù)字控制部分的存儲器是一種掉電不揮發(fā)存儲器，當(dāng)電路掉電后再次上電時，數(shù)字電位器中仍保存著原有的控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。因此，數(shù)字電位器和機械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關(guān)的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值和期望值可能會有一定的差別，只有在調(diào)整結(jié)束后才能達到期望值。

　　從圖2可以看出，數(shù)字電位器和機械式電位器有2個重要區(qū)別：

　　1）調(diào)整過程中，數(shù)字電位器的電阻值不是連續(xù)變化的，而是在調(diào)整結(jié)束后才具有所希望的輸出。這是因為數(shù)字電位器采用MOS管作為開關(guān)電路，并且采用“先開后關(guān)”的控制方法：

　　2）數(shù)字電位器無法實現(xiàn)電阻的連續(xù)調(diào)整，而只能按數(shù)字電位器中電阻網(wǎng)絡(luò)上的最小電阻值進行調(diào)整。

　　數(shù)字電位器應(yīng)用范圍

　　數(shù)字電位器正在國內(nèi)外迅速推廣，并大量應(yīng)用于檢測儀器、PC、手機、家用電器、現(xiàn)代辦公設(shè)備、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。例如：電冰箱、程控機、電源、功率表、自動檢測設(shè)備、光纖網(wǎng)絡(luò)、調(diào)節(jié)LCD顯示屏、電壓控制、取代機械式電位器、匹配線性阻抗、調(diào)節(jié)VCOM設(shè)置。

　　數(shù)字電位器MAX5438芯片介紹

　　MAX5438是MAXIM公司生產(chǎn)的7位128階數(shù)字電位器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1，它由1個7位移位寄存器，1個7位數(shù)據(jù)鎖存器，*模塊，電位器和控制時鐘邏輯組成。MAX5438的控制信號包括3個輸入信號：芯片選擇數(shù)據(jù)輸入（DIN）和串行時鐘（SCLK），數(shù)字邏輯由一個 2.7V～ 5.25V的電壓驅(qū)動。其內(nèi)部電阻兩端的電壓由外部通過VDD及VSS提供，VDD與VSS之間的電壓必須大于9V小于31.5V。這使得MAX5838在輸入電壓的選擇上具有很大的靈活性。同時，MAX5438的外部電路非常簡單，幾乎不需要任何外接元件就可實現(xiàn)對輸入電壓的調(diào)節(jié)輸出。

　　下降，然后在SCLK引腳上模擬時鐘信號，在每個時鐘的上升沿，一位數(shù)據(jù)就從DIN引腳被讀入串行移位寄存器，8位數(shù)據(jù)需要8個時鐘脈沖來完成輸入。需要注意的是，數(shù)據(jù)位D7是沒意義的，所以，在第二個脈沖的上升沿才讀入真正的MSB。所有數(shù)據(jù)位輸入完后，應(yīng)從低變高，這時數(shù)據(jù)被鎖存到電位器控制寄存器，通過*電路使電阻滑片W的位置隨輸入數(shù)據(jù)而改變。時序如圖2所示。

　　用MAX5438S實現(xiàn)負壓可調(diào)的硬件電路如圖3所示。固定負偏壓由MAX202芯片提供，單片機的3個I/O引腳與MAX5438的3個控制信號相連。

　　由于MAX5438內(nèi)部沒有EPROM，無法記錄滑片的位置，所以在程序的開始就要先寫入一個數(shù)據(jù)給它作為以后調(diào)節(jié)的起始值。這可以通過電路的實際情況選擇一個對所用液晶比較合適的值來作為起始值，這樣可以大大降低對比度的調(diào)節(jié)次數(shù)。起始值的范圍在00至7F之間，這兩個值分別對應(yīng)輸出的最小和最大電壓。在如圖2的實際電路中，MAX5438的輸入電壓是MAX202提供的-12V，輸出電壓的范圍是-9V～0V由于具有128階的調(diào)節(jié)能力，輸出電壓變化的最小值為9/128即約0.1V。對大部分液晶來說，負偏壓在-8V～-9V時顯示效果較好，所以起始值在02至06之間比較合適。進入對比度調(diào)節(jié)菜單后，通過按鍵來增加或減少初始值，每按一次鍵，就把新值送入MAX5438來改變其輸出電壓。

　　這是用DC-DC變換器產(chǎn)生可調(diào)負偏壓從而調(diào)節(jié)對比度的方法。這種方法適用于系統(tǒng)電路中沒有可用負偏壓或負偏壓不能滿足需要的情況。