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数字电位器MAX5438芯片介绍(内部结构图、时序图

  数字电位器(Digital Potentiometer)亦称数控可编程电阻器,是一种代替传统机械电位器(模拟电位器)的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成电路。数字电位器采用数控方式调节电阻值的,具有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显着优点,可在许多领域取代机械电位器。

  寿命长(因无机械触点)、工作可靠、性能稳定、耐振动、体积小,能和数字电路或单片机灵活地结合在一起。

  由于数字电位器可代替机械式电位器,所以二者在原理上有相似之处。数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件其等效电路,如图1所示。当数字电位器用作分压器时,其高端、低端、滑动端分别用VH、VL、VW表示;而用作可调电阻器时,分别用RH、RL和RW表示。

  图2所示为数字电位器的内部简化电路,将n个阻值相同的电阻串联,每只电阻的两端经过一个由MOS管构成的模拟开关相连,作为数字电位器的抽头。这种模拟开关等效于单刀单掷开关,且在数字信号的控制下每次只能有一个模拟开关闭合,从而将串联电阻的每一个节点连接到滑动端。

  数字电位器的数字控制部分包括加减计数器、译码电路、保存和恢复控制电路和不挥发存储器等4个数字电路模块。利用串入、并出的加/减计数器在输入脉冲和控制信号的控制下可实现加/减计数,和记娱乐,计数器把累计的数据直接提供给译码电路控制开关阵列,同时也将数据传送给内部存储器保存。当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后,译码电路的输出端只有一个有效,于是只选择一个MOS管导通。

  数字控制部分的存储器是一种掉电不挥发存储器,当电路掉电后再次上电时,数字电位器中仍保存着原有的控制数据,其中间抽头到两端点之间的电阻值仍是上一次的调整结果。因此,数字电位器和机械式电位器的使用效果基本相同。但是由于开关的工作采用“先连接后断开”的方式,所以在输入计数有效期间,数字电位器的电阻值和期望值可能会有一定的差别,只有在调整结束后才能达到期望值。

  1)调整过程中,数字电位器的电阻值不是连续变化的,而是在调整结束后才具有所希望的输出。这是因为数字电位器采用MOS管作为开关电路,并且采用“先开后关”的控制方法:

  2)数字电位器无法实现电阻的连续调整,而只能按数字电位器中电阻网络上的最小电阻值进行调整。

  数字电位器正在国内外迅速推广,并大量应用于检测仪器、PC、手机、家用电器、现代办公设备、工业控制、医疗设备等领域。例如:电冰箱、程控机、电源、功率表、自动检测设备、光纤网络、调节LCD显示屏、电压控制、取代机械式电位器、匹配线性阻抗、调节VCOM设置。

  MAX5438是MAXIM公司生产的7位128阶数字电位器。内部结构图如图1,它由1个7位移位寄存器,1个7位数据锁存器,*模块,电位器和控制时钟逻辑组成。MAX5438的控制信号包括3个输入信号:芯片选择

  数据输入(DIN)和串行时钟(SCLK),数字逻辑由一个 2.7V~ 5.25V的电压驱动。其内部电阻两端的电压由外部通过VDD及VSS提供,VDD与VSS之间的电压必须大于9V小于31.5V。这使得MAX5838在输入电压的选择上具有很大的灵活性。同时,MAX5438的外部电路非常简单,几乎不需要任何外接元件就可实现对输入电压的调节输出。

  下降,然后在SCLK引脚上模拟时钟信号,在每个时钟的上升沿,一位数据就从DIN引脚被读入串行移位寄存器,8位数据需要8个时钟脉冲来完成输入。需要注意的是,数据位D7是没意义的,所以,在第二个脉冲的上升沿才读入真正的MSB。所有数据位输入完后,应从低变高,这时数据被锁存到电位器控制寄存器,通过*电路使电阻滑片W的位置随输入数据而改变。时序如图2所示。

  用MAX5438S实现负压可调的硬件电路如图3所示。固定负偏压由MAX202芯片提供,单片机的3个I/O引脚与MAX5438的3个控制信号相连。

  由于MAX5438内部没有EPROM,无法记录滑片的位置,所以在程序的开始就要先写入一个数据给它作为以后调节的起始值。这可以通过电路的实际情况选择一个对所用液晶比较合适的值来作为起始值,这样可以大大降低对比度的调节次数。起始值的范围在00至7F之间,这两个值分别对应输出的最小和最大电压。在如图2的实际电路中,MAX5438的输入电压是MAX202提供的-12V,输出电压的范围是-9V~0V由于具有128阶的调节能力,输出电压变化的最小值为9/128即约0.1V。对大部分液晶来说,负偏压在-8V~-9V时显示效果较好,所以起始值在02至06之间比较合适。进入对比度调节菜单后,通过按键来增加或减少初始值,每按一次键,就把新值送入MAX5438来改变其输出电压。

  这是用DC-DC变换器产生可调负偏压从而调节对比度的方法。这种方法适用于系统电路中没有可用负偏压或负偏压不能满足需要的情况。