摘要：介绍XICOR公司（现已被INTERSIL公司合并）的数控电位器DCP器件的接口方式,讨论三线DCP的接口控制以及在没有MCU的情况下实现对三线接口DCP控制,提出以按键和轴编码器对三线DCP控制的实现电路。

　　概述
　　XICOR公司以模拟混合器件见长,DCP是其最主要也是最成功的产品之一。XICOR公司早在1984年开始设计DCP器件,与其他DCP的制造工艺不同,以硅工艺实现电阻,而不是采用DAC实现,这是XICOR的专利技术,因此在性能及表现上是目前其他品牌的DCP所无法比拟的。XICOR的DCP器件的一般原理是,内部串联一定数量的电阻,电阻间由NMOS/CMOS开关管连接至中心抽头输出端,通过控制MOS门的开关状态以改变输出电阻。内部结构如图1所示。

　　从上图可知它的原理与传统机械电位器极其相似。数控电位器件与机械电位器相比具有许多优点,最大的好处是可实现数字调节,然而在一些没有MCU的实际应用中,如何使用DCP器件？正是本文所要讨论的内容。
　　DCP的接口方式
　　XICOR公司的DCP器件中接口方式,一般可分为四种,如表1 所示：

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　　对于按键控制方式,可在任何场合使用,而对于三线、IIC和SPI方式,则是针对有MCU场合而设计的。但是按键方式只有一个产品X9511,不能满足多种应用,而IIC和SPI方式由于采用标准的通信方式和协议,一般必须在MCU的场合才能使用。
　　三线方式,通过CS、INC、U/D控制,CS是低有效片选,INC是下降沿有效的步进脉冲,U/D的高/低电平控制方向。由于此控制电路非常简单,没有复杂的时序关系,可以非常简便地转换为按键控制。并且,三线接口的DCP器件型号在所有DCP中占有半数之多,具有各种阻值和功能,能够满足绝大多数的应用场合。在三线方式的DCP中,接口控制和MOS门控制电路可简单地理解为一个N位的计数器和译码器。计数器对INC上的脉冲进行计数,U/D信号对计数器的方向进行控制,CS信号除了使用器件的作用外,还具有自动存储功能,即在CS失效变为高平时,计数器的当前值自动保存到非易换性的存储器EEPROM中。并且在器件上电时,自动读出EEPROM中和内容到计数器中,因此DCP的值也是非易失性的,这是XICOR的DCP产品的特色。

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图2  按键控制三线DCP

　　通过按键控制三线DCP器件　　
      图2中给出一个简单而有效的按键控制三线DCP的电路。电路的工作原理是：当S1或S2被按下时,U2A输出高;U2B立即输出低,产生片选信号;经R7、C3构成迟时电路后,多谐振荡器电路U2C开始产生步进脉冲,脉冲频率由R8、C5决定,图示的值约为几十Hz;按键放开后,R9、C8构成的延时电路使U2B稍后升高,以保证INC的脉冲被DCP接受,也就是保证CS在INC失效后再失效。图中U2D、DS1和R6是一个附加的指示电路,C10、C11对按键信号进行滤波,选用肖特基的二输入与非门74HC132旨在提高系统的可靠性。

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图3  轴编码器的脉冲和方向电路

　　使用轴编码器控制多颗三线DCP器件
　　在现代电子产品中轴编码器已经是经常使用的器件,又称旋扭编码器。轴编码器可分为接触式和光电式两种,光电式需要电源驱动,常用的轴编码器中通常附加有按键功能,本文中使用了一款带有按键功能的接触式轴编码器进行设计。
　　轴编码器输出两路相位正交的两路信号（相位差90°）,每旋转圈可输出若干个脉冲信号,带的按键功能的在每次按下旋扭时还会引起另一对引脚的短路,功能与普通按键相同。两路正交输出信号A、B在旋转方向改变时相位发生变化,如顺时针旋转时A相超前B相90°,而在逆时针旋转时B相则超前A相90°。据此我们可以用数字电路对轴编码器的信号进行解码,解出脉冲信号和方向信号,如图3所示。
　　图中肖特基反相器74HC14（U7）消除A、B相信号上的毛刺以及对信号倒相;二输入与门74HC08（U6）产生相差四分之一个相位的四个脉冲信号;带置位和清除的D触发器CD4013（U10）对信号时序调整,产生延迟A、B四分之一相位的P_A和P_B信号;P_A和P_B信号再合并得到最终的脉冲信号PULSE;D触发器U11由PULSE和P_A的时序解出方向信号DIRECT。PULSE和DIRECT可作为DCP的INC和U/D信号。
　　图4中画出了在轴编码器在顺时针和逆时针各旋转三个脉冲情况下的各信号之间的时序关系。
 

　　通过图3中的电路得到了DCP可使用的INC和U/D信号,下面图5中电路将产生CS信号,以及实现对多个DCP进行控制。图5中的信号PB_R和EC_P由图3中引出。

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图5  DCP选择及使能信号电路

　　采用A、B相信号的或来产生CS信号,或信号由#A 的#B的与非产生,经D1、R1、C1构成的延时电路生成一个正有效的片选信号,延时电路的作用是保证DCP正确接受所有INC脉冲。DCP的选择通过轴编码器的按键控制,电路如图5的下半部分。四个D触发器在上电时由R2、C2设置输出为''1000'',选中第一个DCP,此后每按一次按键,四个D触发器的输出将''1000''循环移位一次,从而依次选择第二、第三、第四个DCP。最后,由前面产生的正有效片选信号和DCP选择信号进行''与非''来产生低有效的DCP的CS信号,CS和上升沿还有将DCP的当前值保存到EEPROM中的作用。图中四个LED对所选择DCP进行指示。
　　在上述对轴编码器的解码电路图3和图5中,使用了多颗分立逻辑器件,电路略显复杂,但用户可根据所需DCP的个数及实际应用对电路进行灵活改变,亦可考虑使用单片的可编程器件完成整个电路。在方案的成本和可靠性方面,此电路与MCU控制的电路相比毫不逊色。

　　参考资料
　　1. 武汉力源信息技术有限公司。X9C103数据手册。武汉,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