數(shù)字可調(diào)電位器在自動(dòng)化測試中的應(yīng)用研究

齊世舉，王書湖

（第二炮兵工程大學(xué) 陜西 西安 710025）

電位器是一種常見的電子元件，通過調(diào)節(jié)電位器的數(shù)值來改變電路參數(shù)。目前，廣泛使用的機(jī)械可變式電位器，其滑動(dòng)端子實(shí)際上是可動(dòng)觸點(diǎn)，這種電位器若用于頻繁調(diào)節(jié)的場所會(huì)影響壽命，特別在自動(dòng)系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)[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(shù)字可調(diào)電位器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械電位器，改善了機(jī)械電位器的可調(diào)電阻不容易掌握，并且隨著環(huán)境溫度的變化和使用時(shí)間的延長，阻值波動(dòng)較大等不足[1-2]。

本文所采用的X9C103數(shù)字電位器具有調(diào)節(jié)準(zhǔn)確方便、使用壽命長、抗干擾性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在需要電壓微調(diào)的領(lǐng)域得到廣泛使用。由于X9C103數(shù)字電位器的分辨率為1%，在電壓調(diào)節(jié)精度要求高的應(yīng)用場合難以滿足需要。本文利用4個(gè)X9C103數(shù)字電位器并聯(lián)的方式有效提高了電阻分辨率。

1 系統(tǒng)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(dòng)監(jiān)測電路、信號控制電路、電壓微調(diào)電路、電壓反向電路、等效負(fù)載電路、數(shù)據(jù)測量電路和開關(guān)特性檢查電路等組成[3]。其中，電壓微調(diào)電路負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電壓的漸變以測試設(shè)備靈敏度、可靠性等關(guān)鍵指標(biāo)，數(shù)字可調(diào)電位器是電壓微調(diào)電路的關(guān)鍵器件。

2 X9C10X數(shù)字可調(diào)電位器

X9C10X數(shù)字可調(diào)電位器是一種非易失性數(shù)字可調(diào)電位器，它包含了100個(gè)電阻單元的電阻陣列，其管腳圖如圖1所示。在每個(gè)單元的兩個(gè)端點(diǎn)之間都有可以被滑動(dòng)單元訪問的抽頭點(diǎn)?；瑒?dòng)單元的位置由CS、U/D和INC 3個(gè)輸入端控制?；瑒?dòng)端的位置可以被貯存在一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器中，因而在下一次上電工作可以被重新調(diào)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(shù)字可調(diào)電位器的工作原理：INC、CS和U/D 3個(gè)輸入引腳的電平?jīng)Q定工作方式的選擇。當(dāng)CS為低電平，U/D為高電平，來一個(gè)INC脈沖，電阻值增加一個(gè)最小分辨率的值，U/D為低電平，來一個(gè)INC脈沖，電阻值減小一個(gè)最小分辨率的值。當(dāng)CS為高電平，儲(chǔ)存當(dāng)前值到非易失性存儲(chǔ)器。當(dāng)CS和INC同時(shí)為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的值被存貯到非易失性存貯器中.當(dāng)X9C103斷電，最后存貯在計(jì)數(shù)器的值仍然維持在非易失性存貯器中，當(dāng)電源恢復(fù)后，存貯器中的內(nèi)容就是斷電時(shí)計(jì)數(shù)器的值[4-5]。

3 電壓微調(diào)電路

電壓微調(diào)電路主要由變壓器、控制繼電器和數(shù)字可調(diào)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(gè)檔位的交流電壓信號?？刂评^電器用以切換兩個(gè)檔位的交流電壓信號。數(shù)字可調(diào)電位器組是用4個(gè)X9C103數(shù)字可調(diào)電位器并聯(lián)組成，利用MCU控制，給DO端口DO44和DO45送入相應(yīng)的高、低電平和脈沖信號，控制數(shù)字可調(diào)電位器組產(chǎn)生0～2.5 kΩ的電阻。4個(gè)X9C103數(shù)字可調(diào)電位器并聯(lián)使用，可以提高可調(diào)電阻的分辨率，達(dá)到提高電壓調(diào)節(jié)精度的目的。其電路原理如圖2所示。

圖2 電壓微調(diào)電路Fig.2 Circuit of voltage fine adjustment

數(shù)字可調(diào)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(shù)字可調(diào)電位器組的阻值串入到變壓器次級回路中，經(jīng)過分壓，從BVA1和BVC1（或BVA2和BVC2）輸出。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)：該電路安全可靠，準(zhǔn)確度高。

具體實(shí)現(xiàn)過程為：計(jì)算機(jī)通過DO2高低電平的轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)為數(shù)字可調(diào)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(fā)出脈沖信號，一個(gè)脈沖數(shù)字可調(diào)電位器的阻值變換一個(gè)分辨率大小。R輸出電壓相應(yīng)的變化。數(shù)字可調(diào)電位器的這種步進(jìn)調(diào)節(jié)，在精度比較高的情況下，可以代替人工調(diào)節(jié)的機(jī)械式電位器。電壓調(diào)節(jié)電路中，如果電源電壓為U，電阻R阻值為R1，數(shù)字可調(diào)電位器最大阻值為 R2，瞬時(shí)值為 Rw。

發(fā)出一個(gè)脈沖數(shù)字可調(diào)電位器調(diào)節(jié)的電阻為：

調(diào)節(jié)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(diào)過程中，能夠很好的滿足要求，可以模擬機(jī)械式電位器連續(xù)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的輸出電壓信號。

數(shù)字可調(diào)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(shí)際應(yīng)用電路中，如果負(fù)載電流超過數(shù)字可調(diào)電位器的輸出電流，就有可能燒毀數(shù)字可調(diào)電位器，這種情況下可以采用多個(gè)可調(diào)電位器并聯(lián)使用，保證數(shù)字可調(diào)電位器的工作電流小于最大工作電流。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)電壓微調(diào)的關(guān)鍵是控制數(shù)字可調(diào)電位器的輸出電阻。具體調(diào)節(jié)過程為：測量輸出電壓的值，以此判斷電阻調(diào)節(jié)的方向后調(diào)用電阻調(diào)節(jié)模塊對數(shù)字電位器的輸出電阻進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。圖3給出了電阻調(diào)節(jié)模塊的程序流程圖[7-8]。

圖3 電壓調(diào)節(jié)的程序流程圖Fig.3 Program flowchart of voltage regulation

首先將數(shù)字可調(diào)電位器阻值初始化，將阻值調(diào)節(jié)到最小或者最大，然后根據(jù)電壓調(diào)節(jié)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(jù)要調(diào)節(jié)的大小，發(fā)出脈沖到INC端，使電位器的組織調(diào)節(jié)到相應(yīng)得值?？刂谱柚嫡{(diào)節(jié)的程序如下所示:

ChangeRes（int direct，int step）//阻值調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)傳到 DO2

Sleep（20）；

for（int i=0；i＜step；i++）

//給數(shù)字可調(diào)電位器發(fā)脈沖調(diào)節(jié)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(jié) 論

盡管數(shù)字可調(diào)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(jīng)過工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，數(shù)字可調(diào)電位器能夠代替機(jī)械式電位器在自動(dòng)測試控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電壓的精確調(diào)整。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，數(shù)字可調(diào)電位器將有更廣的前景。

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