數字可調電位器在自動化測試中的應用研究

齊世舉，王書湖

（第二炮兵工程大學 陜西 西安 710025）

電位器是一種常見的電子元件，通過調節電位器的數值來改變電路參數。目前，廣泛使用的機械可變式電位器，其滑動端子實際上是可動觸點，這種電位器若用于頻繁調節的場所會影響壽命，特別在自動系統中無法實現自動調節[1]。為解決上述問題，我們在某裝備多功能檢測裝置的研制過程中，利用X9C10X系列數字可調電位器代替傳統的機械電位器，改善了機械電位器的可調電阻不容易掌握，并且隨著環境溫度的變化和使用時間的延長，阻值波動較大等不足[1-2]。

本文所采用的X9C103數字電位器具有調節準確方便、使用壽命長、抗干擾性強、性能穩定等特點，在需要電壓微調的領域得到廣泛使用。由于X9C103數字電位器的分辨率為1%，在電壓調節精度要求高的應用場合難以滿足需要。本文利用4個X9C103數字電位器并聯的方式有效提高了電阻分辨率。

1 系統原理

該多功能檢測裝置主要由：Arduino mega2560控制器、繼電器控制電路、電源顯示電路、自動監測電路、信號控制電路、電壓微調電路、電壓反向電路、等效負載電路、數據測量電路和開關特性檢查電路等組成[3]。其中，電壓微調電路負責實現電壓的漸變以測試設備靈敏度、可靠性等關鍵指標，數字可調電位器是電壓微調電路的關鍵器件。

2 X9C10X數字可調電位器

X9C10X數字可調電位器是一種非易失性數字可調電位器，它包含了100個電阻單元的電阻陣列，其管腳圖如圖1所示。在每個單元的兩個端點之間都有可以被滑動單元訪問的抽頭點。滑動單元的位置由CS、U/D和INC 3個輸入端控制。滑動端的位置可以被貯存在一個非易失性存儲器中，因而在下一次上電工作可以被重新調用，X9C10X的分辨率為最大電阻值的百分之一[4]。

圖1 X9C10X系列的管腳圖Fig.1 Pin diagram of X9C10X series

數字可調電位器的工作原理：INC、CS和U/D 3個輸入引腳的電平決定工作方式的選擇。當CS為低電平，U/D為高電平，來一個INC脈沖，電阻值增加一個最小分辨率的值，U/D為低電平，來一個INC脈沖，電阻值減小一個最小分辨率的值。當CS為高電平，儲存當前值到非易失性存儲器。當CS和INC同時為高電平時，計數器的值被存貯到非易失性存貯器中.當X9C103斷電，最后存貯在計數器的值仍然維持在非易失性存貯器中，當電源恢復后，存貯器中的內容就是斷電時計數器的值[4-5]。

3 電壓微調電路

電壓微調電路主要由變壓器、控制繼電器和數字可調電位器組組成[6]。變壓器將輸入的40 V交流電壓信號，變換成5 V和10 V兩個檔位的交流電壓信號。控制繼電器用以切換兩個檔位的交流電壓信號。數字可調電位器組是用4個X9C103數字可調電位器并聯組成，利用MCU控制，給DO端口DO44和DO45送入相應的高、低電平和脈沖信號，控制數字可調電位器組產生0～2.5 kΩ的電阻。4個X9C103數字可調電位器并聯使用，可以提高可調電阻的分辨率，達到提高電壓調節精度的目的。其電路原理如圖2所示。

圖2 電壓微調電路Fig.2 Circuit of voltage fine adjustment

數字可調電位器組的阻值通過BVC和SR送入到控制繼電器，用以選擇檔位，通過繼電器的切換，數字可調電位器組的阻值串入到變壓器次級回路中，經過分壓，從BVA1和BVC1（或BVA2和BVC2）輸出。經實踐檢驗：該電路安全可靠，準確度高。

具體實現過程為：計算機通過DO2高低電平的轉換，表現為數字可調電位器的阻值的變化方向，高電平為阻值增加，低電平為阻值減小，DO1發出脈沖信號，一個脈沖數字可調電位器的阻值變換一個分辨率大小。R輸出電壓相應的變化。數字可調電位器的這種步進調節，在精度比較高的情況下，可以代替人工調節的機械式電位器。電壓調節電路中，如果電源電壓為U，電阻R阻值為R1，數字可調電位器最大阻值為 R2，瞬時值為 Rw。

發出一個脈沖數字可調電位器調節的電阻為：

調節的輸出電壓值為：

輸出電壓最大步長為：

最小步長為：

在電壓微調過程中，能夠很好的滿足要求，可以模擬機械式電位器連續調節產生的輸出電壓信號。

數字可調電位器采用的都是CMOS的功耗組件，工作電流小，一般只有幾毫安。在實際應用電路中，如果負載電流超過數字可調電位器的輸出電流，就有可能燒毀數字可調電位器，這種情況下可以采用多個可調電位器并聯使用，保證數字可調電位器的工作電流小于最大工作電流。

4 軟件系統設計

實現電壓微調的關鍵是控制數字可調電位器的輸出電阻。具體調節過程為：測量輸出電壓的值，以此判斷電阻調節的方向后調用電阻調節模塊對數字電位器的輸出電阻進行精確調節。圖3給出了電阻調節模塊的程序流程圖[7-8]。

圖3 電壓調節的程序流程圖Fig.3 Program flowchart of voltage regulation

首先將數字可調電位器阻值初始化，將阻值調節到最小或者最大，然后根據電壓調節的方向確定阻值變化的方向，如果增加阻值，控制U/D為1（高電平），如果減少阻值，那么U/D為0（低電平），再根據要調節的大小，發出脈沖到INC端，使電位器的組織調節到相應得值。控制阻值調節的程序如下所示:

ChangeRes（int direct，int step）//阻值調節程序

{

uchar temp；

if（direct！ =0） //direct為 1 增加阻值

temp=m_cDOut|char（～（1＜＜2））；

//DO2為1

else //direct為0要減小阻值

temp=m_cDOut&char（（1＜＜2））；

//DO2為0

DO（0，temp）； //數據傳到 DO2

Sleep（20）；

for（int i=0；i＜step；i++）

//給數字可調電位器發脈沖調節阻值

{

temp=m_cDOut|char（1）；//DO1高電平

DO（0，temp）；

Sleep（10）； //脈沖寬度

temp=m_cDOut&char（0）；//DO1低電平

DO（0，temp）；

Sleep（10）；

}

}

5 結 論

盡管數字可調電位器采用低功耗的CMOS器件，最大工作電流為3 mA，使其提供大功率的電壓信號受到了一定的限制，但是經過工程實踐的檢驗，數字可調電位器能夠代替機械式電位器在自動測試控制系統中，實現電壓的精確調整。隨著科學技術水平的提高，數字可調電位器將有更廣的前景。

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