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有MCU的情況下實現(xiàn)對三線接口DCP控制，提出以按鍵和軸編碼器對三線DCP控制的實現(xiàn)電路。

概述

XICOR公司以模擬混合器件見長，DCP是其主要也是成功的產(chǎn)品之一。XICOR公司早在1984年開始設(shè)計DCP器件，與其他DCP的制造工藝不同，以硅工藝實現(xiàn)電阻，而不是采用DAC實現(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開關(guān)管連接至中心抽頭輸出端，通過控制MOS門的開關(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)，的好處是可實現(xiàn)數(shù)字調(diào)節(jié)，然而在一些沒有MCU的實際應(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：

對于按鍵控制方式，可在任何場合使用，而對于三線、IIC和SPI方式，則是針對有MCU場合而設(shè)計的。但是按鍵方式只有一個產(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的場合才能使用。
三線方式，通過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單，沒有復(fù)雜的時序關(guān)系，可以非常簡便地轉(zhuǎn)換為按鍵控制。并且，三線接口的DCP器件型號在所有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)用場合。在三線方式的DCP中，接口控制和MOS門控制電路可簡單地理解為一個N位的計數(shù)器和譯碼器。計數(shù)器對INC上的脈沖進(jìn)行計數(shù)，U/D信號對計數(shù)器的方向進(jìn)行控制，CS信號除了使用器件的作用外，還具有自動存儲功能，即在CS失效變?yōu)楦咂綍r，計數(shù)器的當(dāng)前值自動保存到非易換性的存儲器EEPROM中。并且在器件上電時，自動讀出EEPROM中和內(nèi)容到計數(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按鍵控制三線DCP器件　　
圖2中給出一個簡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，U2A輸出高；U2B立即輸出低，產(chǎn)生片選信號；經(jīng)R7、C3構(gòu)成遲時電路后，多諧振蕩器電路U2C開始產(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；按鍵放開后，R9、C8構(gòu)成的延時電路使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是一個附加的指示電路，C10、C11對按鍵信號進(jìn)行濾波，選用肖特基的二輸入與非門74HC132旨在提高系統(tǒng)的可靠性。

                                                                 圖3

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，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。
軸編碼器輸出兩路相位正交的兩路信號（相位差90°），每旋轉(zhuǎn)圈可輸出若干個脈沖信號，帶的按鍵功能的在每次按下旋扭時還會引起另一對引腳的短路，功能與普通按鍵相同。兩路正交輸出信號A、B在旋轉(zhuǎn)方向改變時相位發(fā)生變化，如順時針旋轉(zhuǎn)時A相超前B相90°，而在逆時針旋轉(zhuǎn)時B相則超前A相90°。據(jù)此我們可以用數(shù)字電路對軸編碼器的信號進(jìn)行解碼，解出脈沖信號和方向信號，如圖3所示。
圖中肖特基反相器74HC14（U7）消除A、B相信號上的毛刺以及對信號倒相；二輸入與門74HC08（U6）產(chǎn)生相差四分之一個相位的四個脈沖信號；帶置位和清除的D觸發(fā)器CD4013（U10）對信號時序調(diào)整，產(chǎn)生延遲A、B四分之一相位的P_A和P_B信號；P_A和P_B信號再合并得到終的脈沖信號PULSE；D觸發(fā)器U11由PULSE和P_A的時序解出方向信號DIRECT。PULSE和DIRECT可作為DCP的INC和U/D信號。
圖4中畫出了在軸編碼器在順時針和逆時針各旋轉(zhuǎn)三個脈沖情況下的各信號之間的時序關(guān)系。

 
通過圖3中的電路得到了DCP可使用的INC和U/D信號，下面圖5中電路將產(chǎn)生CS信號，以及實現(xiàn)對多個DCP進(jìn)行控制。圖5中的信號PB_R和EC_P由圖3中引出。

圖5  DCP選擇及使能信號電路采用A、B相信號的或來產(chǎn)生CS信號，或信號由#A 的#B的與非產(chǎn)生，經(jīng)D1、R1、C1構(gòu)成的延時電路生成一個正有效的片選信號，延時電路的作用是保證DCP正確接受所有INC脈沖。DCP的選擇通過軸編碼器的按鍵控制，電路如圖5的下半部分。四個D觸發(fā)器在上電時由R2、C2設(shè)置輸出為'1000'，選中個DCP，此后每按一次按鍵，四個D觸發(fā)器的輸出將'1000'循環(huán)移位一次，從而依次選擇第二、第三、第四個DCP。，由前面產(chǎn)生的正有效片選信號和DCP選擇信號進(jìn)行'與非'來產(chǎn)生低有效的DCP的CS信號，CS和上升沿還有將DCP的當(dāng)前值保存到EEPROM中的作用。圖中四個LED對所選擇DCP進(jìn)行指示。
在上述對軸編碼器的解碼電路圖3和圖5中，使用了多顆分立邏輯器件，電路略顯復(fù)雜，但用戶可根據(jù)所需DCP的個數(shù)及實際應(yīng)用對電路進(jìn)行靈活改變，亦可考慮使用單片的可編程器件完成整個電路。在方案的成本和可靠性方面，此電路與MCU控制的電路相比毫不遜色。

參考資料
1. 武漢力源信息技術(shù)有限公司。X9C103數(shù)據(jù)手冊。武漢，2000
2. XICOR公司。AN48-Shaft Encoder Drive Multiple XICOR Digitally Controlled Potentiontiometers。2000
3. XICOR公司。AN92-Understanding the Xicor 3-Wire XDCP? Interface。2000
4. XICOR公司。AN49-Digital Audio Amplifier Gain Control using Logarithmic XICOR Digitally Controlled Potentiontiometers (XDCPs)。2000