数字可调电位器在自动化测试中的应用研究

齐世举，王书湖

（第二炮兵工程大学 陕西 西安 710025）

电位器是一种常见的电子元件，通过调节电位器的数值来改变电路参数。目前，广泛使用的机械可变式电位器，其滑动端子实际上是可动触点，这种电位器若用于频繁调节的场所会影响寿命，特别在自动系统中无法实现自动调节[1]。为解决上述问题，我们在某装备多功能检测装置的研制过程中，利用X9C10X系列数字可调电位器代替传统的机械电位器，改善了机械电位器的可调电阻不容易掌握，并且随着环境温度的变化和使用时间的延长，阻值波动较大等不足[1-2]。

本文所采用的X9C103数字电位器具有调节准确方便、使用寿命长、抗干扰性强、性能稳定等特点，在需要电压微调的领域得到广泛使用。由于X9C103数字电位器的分辨率为1%，在电压调节精度要求高的应用场合难以满足需要。本文利用4个X9C103数字电位器并联的方式有效提高了电阻分辨率。

1 系统原理

该多功能检测装置主要由：Arduino mega2560控制器、继电器控制电路、电源显示电路、自动监测电路、信号控制电路、电压微调电路、电压反向电路、等效负载电路、数据测量电路和开关特性检查电路等组成[3]。其中，电压微调电路负责实现电压的渐变以测试设备灵敏度、可靠性等关键指标，数字可调电位器是电压微调电路的关键器件。

2 X9C10X数字可调电位器

X9C10X数字可调电位器是一种非易失性数字可调电位器，它包含了100个电阻单元的电阻阵列，其管脚图如图1所示。在每个单元的两个端点之间都有可以被滑动单元访问的抽头点。滑动单元的位置由CS、U/D和INC 3个输入端控制。滑动端的位置可以被贮存在一个非易失性存储器中，因而在下一次上电工作可以被重新调用，X9C10X的分辨率为最大电阻值的百分之一[4]。

图1 X9C10X系列的管脚图Fig.1 Pin diagram of X9C10X series

数字可调电位器的工作原理：INC、CS和U/D 3个输入引脚的电平决定工作方式的选择。当CS为低电平，U/D为高电平，来一个INC脉冲，电阻值增加一个最小分辨率的值，U/D为低电平，来一个INC脉冲，电阻值减小一个最小分辨率的值。当CS为高电平，储存当前值到非易失性存储器。当CS和INC同时为高电平时，计数器的值被存贮到非易失性存贮器中.当X9C103断电，最后存贮在计数器的值仍然维持在非易失性存贮器中，当电源恢复后，存贮器中的内容就是断电时计数器的值[4-5]。

3 电压微调电路

电压微调电路主要由变压器、控制继电器和数字可调电位器组组成[6]。变压器将输入的40 V交流电压信号，变换成5 V和10 V两个档位的交流电压信号。控制继电器用以切换两个档位的交流电压信号。数字可调电位器组是用4个X9C103数字可调电位器并联组成，利用MCU控制，给DO端口DO44和DO45送入相应的高、低电平和脉冲信号，控制数字可调电位器组产生0～2.5 kΩ的电阻。4个X9C103数字可调电位器并联使用，可以提高可调电阻的分辨率，达到提高电压调节精度的目的。其电路原理如图2所示。

图2 电压微调电路Fig.2 Circuit of voltage fine adjustment

数字可调电位器组的阻值通过BVC和SR送入到控制继电器，用以选择档位，通过继电器的切换，数字可调电位器组的阻值串入到变压器次级回路中，经过分压，从BVA1和BVC1（或BVA2和BVC2）输出。经实践检验：该电路安全可靠，准确度高。

具体实现过程为：计算机通过DO2高低电平的转换，表现为数字可调电位器的阻值的变化方向，高电平为阻值增加，低电平为阻值减小，DO1发出脉冲信号，一个脉冲数字可调电位器的阻值变换一个分辨率大小。R输出电压相应的变化。数字可调电位器的这种步进调节，在精度比较高的情况下，可以代替人工调节的机械式电位器。电压调节电路中，如果电源电压为U，电阻R阻值为R1，数字可调电位器最大阻值为 R2，瞬时值为 Rw。

发出一个脉冲数字可调电位器调节的电阻为：

调节的输出电压值为：

输出电压最大步长为：

最小步长为：

在电压微调过程中，能够很好的满足要求，可以模拟机械式电位器连续调节产生的输出电压信号。

数字可调电位器采用的都是CMOS的功耗组件，工作电流小，一般只有几毫安。在实际应用电路中，如果负载电流超过数字可调电位器的输出电流，就有可能烧毁数字可调电位器，这种情况下可以采用多个可调电位器并联使用，保证数字可调电位器的工作电流小于最大工作电流。

4 软件系统设计

实现电压微调的关键是控制数字可调电位器的输出电阻。具体调节过程为：测量输出电压的值，以此判断电阻调节的方向后调用电阻调节模块对数字电位器的输出电阻进行精确调节。图3给出了电阻调节模块的程序流程图[7-8]。

图3 电压调节的程序流程图Fig.3 Program flowchart of voltage regulation

首先将数字可调电位器阻值初始化，将阻值调节到最小或者最大，然后根据电压调节的方向确定阻值变化的方向，如果增加阻值，控制U/D为1（高电平），如果减少阻值，那么U/D为0（低电平），再根据要调节的大小，发出脉冲到INC端，使电位器的组织调节到相应得值。控制阻值调节的程序如下所示:

ChangeRes（int direct，int step）//阻值调节程序

{

uchar temp；

if（direct！ =0） //direct为 1 增加阻值

temp=m_cDOut|char（～（1＜＜2））；

//DO2为1

else //direct为0要减小阻值

temp=m_cDOut&char（（1＜＜2））；

//DO2为0

DO（0，temp）； //数据传到 DO2

Sleep（20）；

for（int i=0；i＜step；i++）

//给数字可调电位器发脉冲调节阻值

{

temp=m_cDOut|char（1）；//DO1高电平

DO（0，temp）；

Sleep（10）； //脉冲宽度

temp=m_cDOut&char（0）；//DO1低电平

DO（0，temp）；

Sleep（10）；

}

}

5 结 论

尽管数字可调电位器采用低功耗的CMOS器件，最大工作电流为3 mA，使其提供大功率的电压信号受到了一定的限制，但是经过工程实践的检验，数字可调电位器能够代替机械式电位器在自动测试控制系统中，实现电压的精确调整。随着科学技术水平的提高，数字可调电位器将有更广的前景。

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