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是其最主要也是最成功的產(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)機械電位器極其相似。數(shù)控電位器件與機械電位器相比具有許多優(yōu)點，最大的好處是可實現(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方式由于采用標準的通信方式和協(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上的脈沖進行計數(shù)，U/D信號對計數(shù)器的方向進行控制，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。


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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信號再合并得到最終的脈沖信號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