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帶Arduino和X9C104數(shù)字控制電位器的偽鎖相環(huán)

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資料介紹

描述

帶 Arduino 和 X9C104 數(shù)字控制電位器 (XDCP) 的偽鎖相環(huán)

該項(xiàng)目展示了如何使用帶有 X9C104 的 Arduino 來實(shí)現(xiàn)頻率發(fā)生器，以便使用反饋回路優(yōu)化頻率。這是 PLL 電路中使用的原理。

該項(xiàng)目展示了 X9C104 IC 如何由 Arduino 控制并在帶有 555 定時(shí)器電路的反饋回路中使用以輸出用戶所需的輸入頻率。通過使用連接到 Arduino 中斷的反饋回路將此頻率設(shè)置為接近輸入。

顯示中斷反饋的完整電路

電路的簡(jiǎn)化框圖如下所示：

整體框圖

基本操作原理：

用戶通過 Arduino 串行監(jiān)視器輸入所需的頻率。
Arduino 接受輸入并將 X9C104 編程為初始設(shè)置
555定時(shí)器電路中的X9C104電阻調(diào)節(jié)振蕩頻率
產(chǎn)生的方波被反饋到 Arduino 中斷（引腳 2）
使用中斷處理例程，確定方波的頻率
將該頻率與要求的頻率進(jìn)行比較并對(duì) X9C104 進(jìn)行調(diào)整
再次測(cè)量頻率并執(zhí)行第二次優(yōu)化
555 定時(shí)器輸出方波的頻率穩(wěn)定到用戶在步驟 1 中設(shè)置的值

X9CXXX 數(shù)控電位器 (XDCP)

X9CXXX 集成電路由 Intersil（最近被 Renesas Corporation 收購(gòu)）制造，代表其數(shù)字控制電位器系列。該裝置包括電阻陣列、控制部分和非易失性存儲(chǔ)器。陣列的電阻由三線數(shù)字接口控制。

來自 Intersil 數(shù)據(jù)表的框圖：

X9CXXX 框圖

該器件可用作二端可變電阻器或三端電位器。它包括非易失性存儲(chǔ)器，可在掉電時(shí)保存最后一個(gè)電阻值，并在隨后的上電時(shí)將電阻器陣列設(shè)置為此值。

滑動(dòng)器位置的控制以及電阻由三個(gè)數(shù)字輸入決定：

通過將 CS 拉低來選擇設(shè)備。
向上/向下 (U/D) 的狀態(tài)決定了滑動(dòng)端是靠近 Vh/Rh 還是靠近 Vl/Rl。
每次 INC 被拉低然后返回高電平時(shí)，滑動(dòng)器移動(dòng)一步。
滑動(dòng)器有 100 個(gè)可能的位置 (0 – 99)，允許以總阻力的 1% 為增量步長(zhǎng)。
當(dāng)游標(biāo)到達(dá)頂部或底部（Vh/Rh 或 Vl/Rl）時(shí)，它不會(huì)再移動(dòng)，也不會(huì)環(huán)繞到另一個(gè)極端。

重要的是要記住，對(duì)于每個(gè) INC 周期，滑動(dòng)器移動(dòng)一個(gè)增量。擦拭器不能跨越多個(gè)步驟。這意味著從第 10 步移動(dòng)到第 20 步需要 10 個(gè) INC 周期。

Vh 和 Vl 不能超過 Vcc 和 Vss。

可在 Renesas 網(wǎng)站上找到設(shè)備的完整規(guī)格。

項(xiàng)目電路

本項(xiàng)目中使用的 555 定時(shí)器電路是標(biāo)準(zhǔn)的非穩(wěn)態(tài)振蕩器。有多篇文章記錄了該電路的工作原理，快速搜索即可找到相關(guān)說明。

電路圖

在高層次上，操作如下：

引腳 7 為高電平時(shí)，電容器 C1 通過 R1 和 X9C104 中的可變電阻器充電
在某個(gè)閾值電壓下，555 定時(shí)器內(nèi)部觸發(fā)器 s1 開關(guān)和引腳 7 變?yōu)榈碗娖?/font>

然后電容 C1 通過 X9C104 中的可變電阻放電。

在較低的閾值電壓下，55 定時(shí)器內(nèi)部觸發(fā)器切換回來并重復(fù)該循環(huán)。

頻率和占空比的公式如下：

頻率和占空比

此處使用的電路中，R2 為 100 kΩ(X9C104)，R1 為 1 kΩ。由于存在差異，電路的頻率和占空比實(shí)際上由 R2 的值設(shè)置，除非 R2 的值非常低。這意味著可以忽略 R1，頻率方程可以簡(jiǎn)化為：

簡(jiǎn)化的頻率方程

要計(jì)算將導(dǎo)致所需頻率變化的電阻變化，一些數(shù)學(xué)將顯示

三角電阻

選擇 R1、R2 和 C1 的值，以便電路生成可聽頻率范圍內(nèi)的方波。

本文開頭的照片顯示了物理電路。

Arduino 中斷

Arduino 板核心的 ATmega328P 接受中斷。有效中斷會(huì)停止當(dāng)前程序流并啟動(dòng)中斷服務(wù)例程，該例程會(huì)在將控制權(quán)交還給先前的程序流之前完成一些操作。

有關(guān) Arduino 中斷的詳細(xì)說明，請(qǐng)參閱 Arduino 語(yǔ)言參考和Nick Gammon 撰寫的精彩文章

請(qǐng)注意，Arduino 指令集中可用的一些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)（例如 delay() 和 millis()）將無(wú)法在中斷服務(wù)例程中運(yùn)行，因?yàn)檫@些函數(shù)依賴于中斷本身來運(yùn)行。

在 Arduino 代碼中，使用 attachInterrupt() 命令打開中斷。本項(xiàng)目使用的命令具體版本如下：

attachInterrupt( digitalPinToInterrupt(interruptPin), trig_detected, RISING );

interruptPin 指定 Arduino 上接受中斷的數(shù)字引腳，trig_detected 是處理中斷的中斷服務(wù)程序 (ISR)，RISING 是觸發(fā)中斷的狀態(tài)變化。

中斷完成其功能后，可以使用以下方法將其關(guān)閉：

detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin))

在這個(gè)項(xiàng)目中，由于我們使用方波觸發(fā)中斷，每次從低 (0V) 到高 (5V)（上升波形）的轉(zhuǎn)換都會(huì)導(dǎo)致 trig_detected 啟動(dòng)。

這個(gè)項(xiàng)目的Arduino代碼

他的代碼使用了 Arduino 的 Fast X9CXXX 庫(kù)。該庫(kù)可在 GitHub 上找到：

https://github.com/GitMoDu/FastX9CXXX

在編譯代碼之前，請(qǐng)確保代碼已下載并包含在您的 Arduino 庫(kù)文件夾中。

該功能的整體流程在簡(jiǎn)介中進(jìn)行了描述。

程序的設(shè)置部分使用 Arduino 的引腳 3、4 和 5 啟動(dòng) X9C104 對(duì)象。電位器設(shè)置為 50 步（中途）。

主循環(huán)等待用戶通過串口監(jiān)視器輸入；此輸入必須是所需的頻率。由于此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，輸入頻率可以在 80 Hz 和 550 Hz 之間，并作為單個(gè)數(shù)字輸入（例如 80 或 550）。如果改變C、R1和R2的值，將產(chǎn)生不同的頻率。

一些附加說明：

代碼中的中斷服務(wù)程序（ISR）稱為void trig_detected()。它返回從 micros() 派生的兩個(gè)值，然后將這兩個(gè)值相互相減以獲得中斷事件之間的持續(xù)時(shí)間。該持續(xù)時(shí)間是方波頻率的倒數(shù)。
方波持續(xù)時(shí)間的 12 個(gè)樣本被獲取并存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組 (trigArray) 中。計(jì)算最后 10 個(gè)的平均值。
這些頻率用于計(jì)算 ΔR 值，該值用于設(shè)置電位器值。
執(zhí)行兩個(gè)調(diào)諧例程以使頻率等于輸入值。