數(shù)字電位器簡(jiǎn)介
數(shù)字電位器是采用CMOS工藝制成的數(shù)模混合信號(hào)處理集成電路，也稱(chēng)數(shù)控可編程電阻器。采用是數(shù)控方式調(diào)節(jié)電阻值大小，多用多晶硅或薄膜電阻材料，從而有使用靈活、調(diào)節(jié)精度高、無(wú)觸點(diǎn)、低噪聲等特點(diǎn)。同時(shí)有體積小、節(jié)省印制板空間，易于安裝，不易污損、抗振動(dòng)、抗干擾、壽命長(zhǎng)、不易受環(huán)境溫度影響等優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜鰞?nèi)容，數(shù)字電位器已被廣泛用于醫(yī)療保健設(shè)備、儀器儀表、通信設(shè)備、工業(yè)控制、家用電器、數(shù)碼產(chǎn)品等各領(lǐng)域。數(shù)字電位器是一種有發(fā)展前景的新型器件。與機(jī)械電位器相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域可取代機(jī)械電位器。任何用電阻進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、校準(zhǔn)或控制的領(lǐng)域，都可用數(shù)字電位器構(gòu)成可編程模擬電路進(jìn)而進(jìn)行調(diào)整。
數(shù)字電位器優(yōu)點(diǎn)
數(shù)字電位器WDH22也稱(chēng)為非接觸式電位器，是一種用數(shù)字傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的角度變化，并將這個(gè)角度變化用多種信號(hào)類(lèi)型反饋輸出的器件。
數(shù)字電位器WDH22與機(jī)械式電位器FCP22E相比，具有可程控改變有效電氣角度及輸出范圍、耐震動(dòng)、噪聲小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因而，已在自動(dòng)檢測(cè)與控制、智能儀器儀表、船舶設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電等許多重要領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。
數(shù)字電位器取消了電阻基片和電刷，是一個(gè)半導(dǎo)體集成電路。其優(yōu)點(diǎn)為：調(diào)節(jié)精度高；沒(méi)有噪聲，有極長(zhǎng)的工作壽命；無(wú)機(jī)械磨損；用于自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)角度位置的精確測(cè)量，也可以利用輸出反饋信號(hào)與角度變化成線(xiàn)性比例的特性，通過(guò)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)輸出調(diào)節(jié)功能。
數(shù)字電位器主要區(qū)別
有兩個(gè)重要區(qū)別：
1）調(diào)整過(guò)程中，數(shù)字電位器的電阻值不是連續(xù)變化的，而是在調(diào)整結(jié)束后才具有所希望的輸出。這是因?yàn)閿?shù)字電位器采用MOS管作為開(kāi)關(guān)電路，并且采用“先開(kāi)后關(guān)”的控制方法。
2）數(shù)字電位器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電阻的連續(xù)調(diào)整，而只能按數(shù)字電位器中電阻網(wǎng)絡(luò)上的最小電阻值進(jìn)行調(diào)整。
數(shù)字電位器的控制與調(diào)試
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
根據(jù)時(shí)序圖和真值表設(shè)計(jì)按鈕控制數(shù)字電位器控制電路：
1．基本要求：按住控制鍵，數(shù)字電位器阻值連續(xù)變化。
2．?dāng)U展要求：可使用Protues等軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。
3．?dāng)U展電路要求：按住控制鍵，數(shù)字電位器阻值連續(xù)變化且變化速度遞增/遞減。
二、實(shí)驗(yàn)儀器
1.帶有異步置位、復(fù)位端的JK觸發(fā)器，NE555，74LS04非門(mén)。
2.X9C104數(shù)字電位器。
3.電阻，單刀單擲開(kāi)關(guān)和雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線(xiàn)。
三、實(shí)驗(yàn)原理
1．電位器原理：
數(shù)字電位器屬集成化三端可變電阻器件，等效電路如圖1所示。當(dāng)數(shù)字電位器作分壓器使用時(shí)，其高、低、滑動(dòng)端電壓分別用UH、UL、UW表示；作可調(diào)電阻器使用時(shí)，其高、低、滑動(dòng)端電阻分別用RH、RL、RW表示。
將n個(gè)阻值相同或不同電阻串聯(lián)在UH、UL端之間，每個(gè)電阻兩端分別經(jīng)過(guò)一個(gè)由CMOS管而構(gòu)成模擬開(kāi)關(guān)連在一起，作為數(shù)字電位器抽頭，在數(shù)字信號(hào)控制下每次只能有一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)閉合，從而將串聯(lián)電阻的一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到滑動(dòng)端。亦即，當(dāng)外部計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)停止或片選信號(hào)無(wú)效后，譯碼電路輸出端只有一個(gè)有效，故只選擇一個(gè)MOS管導(dǎo)通。數(shù)字電位器的內(nèi)部簡(jiǎn)化電路，如圖2所示。
數(shù)字控制部分的存儲(chǔ)器是一種斷電非易失性存儲(chǔ)器，電路再次上電時(shí)，數(shù)字電位器中仍保存著原有控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點(diǎn)之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。數(shù)控電位器的原理示意圖如圖3所示。假定數(shù)控電位器為16抽頭，步進(jìn)量為660Ω，滑動(dòng)端每移動(dòng)一步，輸出電阻值就增加660Ω?？紤]到滑動(dòng)端無(wú)論處于哪一位置，都接著一只模擬開(kāi)關(guān)，該模擬開(kāi)關(guān)的電阻值就是滑動(dòng)端電阻，也是數(shù)控電位器的起始電阻?，F(xiàn)假定滑動(dòng)端電阻為100Ω，當(dāng)滑動(dòng)端移動(dòng)15步時(shí)就到達(dá)RH端與RL端之間的輸出電阻應(yīng)為100Ω+660Ω×15=10Ω。
2．電路控制原理
電位器CS端在器件工作期間保持為低電平。INC為脈沖信號(hào)，U/D端為電位器阻值或電壓的調(diào)節(jié)端。在CS端與INC端正常工作的狀態(tài)下，當(dāng)U/D端為高電平的時(shí)候，電位器的阻值或電壓逐漸變大，當(dāng)U/D端處于低電平時(shí)，則相反。當(dāng)CS端和INC端同時(shí)為高時(shí)將當(dāng)前的寄存器數(shù)據(jù)鎖存入存儲(chǔ)器，達(dá)到重新上電后數(shù)字電位器阻值不變的目的。數(shù)控電位器控制時(shí)序圖如下：
3．NE555構(gòu)成的多諧振蕩器
由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖（C）所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，也不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源Vcc通過(guò)R1和R2向電容器C充電，使Uc逐漸升高，升到2VCC/3時(shí)，Uo跳變到低電平，放電端D導(dǎo)通，這時(shí)，電容器C通過(guò)電阻R2和D端放電，使Uc下降，降到VCC/3時(shí)，Uo跳變到高電平，D端截止，電源Vcc又通過(guò)R1和R2向電容器C充電。如此循環(huán)，振蕩不停，電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電，輸出連續(xù)的矩形脈沖，其波形如圖（D）所示。
4．帶異步置位，復(fù)位端的JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器
由于T觸發(fā)器沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的商品電路，通常由JK觸發(fā)器構(gòu)成，先來(lái)了解下JK觸發(fā)器，因?yàn)镴K觸發(fā)器屬于主從觸發(fā)器，所以觸發(fā)條件為一個(gè)正脈沖，即這樣一個(gè)波形
因此JK觸發(fā)器有這樣的表達(dá)式：
所以把JK觸發(fā)器改裝成T觸發(fā)器非常簡(jiǎn)單，如圖5所示
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1．電路的焊接
電路圖如下：
根據(jù)提供的電路圖和PCB板合理的布局，然后從左到右認(rèn)真的焊接，焊接當(dāng)中必須按照老師所說(shuō)的五步焊接法，五步焊接法如下所述：
?、?、準(zhǔn)備施焊
準(zhǔn)備好焊錫絲和烙鐵。此時(shí)特別強(qiáng)調(diào)的施烙鐵頭部要保持干凈，即可以沾上焊錫（俗稱(chēng)吃錫）。
?、?、加熱焊件
將烙鐵接觸焊接點(diǎn)，注意首先要保持烙鐵加熱焊件各部分，例如印制板上引線(xiàn)和焊盤(pán)都使之受熱，其次要注意讓烙鐵頭的扁平部分（較大部分）接觸熱容量較大的焊件，烙鐵頭的側(cè)面或邊緣部分接觸熱容量較小的焊件，以保持焊件均勻受熱。
?、邸⑷刍噶?/p>
當(dāng)焊件加熱到能熔化焊料的溫度后將焊絲置于焊點(diǎn)，焊料開(kāi)始熔化并潤(rùn)濕焊點(diǎn)。
?、?、移開(kāi)焊錫
當(dāng)熔化一定量的焊錫后將焊錫絲移開(kāi)。
?、荨⒁崎_(kāi)烙鐵
當(dāng)焊錫完全潤(rùn)濕焊點(diǎn)后移開(kāi)烙鐵，注意移開(kāi)烙鐵的方向大致是45°的方向。
2．電路的仿真
1）通過(guò)Protues仿真軟件繪出數(shù)字電位器控制電路圖如下所示
說(shuō)明：
?、?、當(dāng)開(kāi)關(guān)UP開(kāi)關(guān)和DOWN開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)時(shí)，CS端、INC端和U/D端都為高電平。
?、凇?dāng)開(kāi)關(guān)UP合上，DOWN斷開(kāi)時(shí)，則T觸發(fā)器S端為高電平，S端無(wú)效，INC端產(chǎn)生脈沖信號(hào)，CS端為低電平，U/D端為高電平，電位器電壓或阻值變大，當(dāng)UP端斷開(kāi)時(shí)，則T觸發(fā)器S端為低電平，S端有效，將輸出T觸發(fā)器輸出的信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，電位器停止電壓或阻值停止上升并保存，CS端回到高電平。
③、當(dāng)開(kāi)關(guān)DOWN合上，UP斷開(kāi)時(shí)，則T觸發(fā)器S端為高電平，S端無(wú)效，INC端產(chǎn)生脈沖信號(hào)，CS端為低電平，U/D端為低電平，電位器電壓或阻值變小，當(dāng)DOWN端斷開(kāi)時(shí)，則T觸發(fā)器S端為低電平，S端有效，將輸出T觸發(fā)器輸出的信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑娢黄魍Ｖ闺妷夯蜃柚低Ｖ瓜陆挡⒈４?，CS端回到高電平。
2）NE555構(gòu)成的多諧振蕩器如下圖所示
3）由JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器如下圖所示
4）當(dāng)開(kāi)關(guān)UP開(kāi)關(guān)與DOWN開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)時(shí)，則仿真示波器顯示如下圖
5）當(dāng)開(kāi)關(guān)UP合上，DOWN斷開(kāi)時(shí)，則仿真示波器顯示如下圖
6）當(dāng)UP斷開(kāi)，DOWN合上時(shí)，則仿真示波器顯示如下圖
五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)
通過(guò)這次實(shí)習(xí)，我學(xué)到了許多書(shū)本中學(xué)不到的東西，我通過(guò)自己的親身的體驗(yàn)了從設(shè)計(jì)到制作和調(diào)試電路的全過(guò)程，在設(shè)計(jì)電路當(dāng)中，我查閱了大量的資料，分析與該次所需要設(shè)計(jì)的電路有關(guān)的電路圖，并用Protues軟件進(jìn)行仿真檢驗(yàn)電路設(shè)計(jì)的合理與否，最后通過(guò)自己的努力設(shè)計(jì)出了數(shù)字電位器的控制電路并進(jìn)行仿真，通過(guò)多次的修改和檢驗(yàn)最終取得了成功，自己也為之而感到自豪。在焊接電路方面，我遇到了很多的問(wèn)題，比如如何合理在PCB板上布局，如何學(xué)習(xí)焊接并使焊接的效果達(dá)到最佳，最終通過(guò)我不斷的努力，雖然布局有點(diǎn)亂，但是看到自己的勞動(dòng)成果，心里很滿(mǎn)意。在調(diào)試階段，我認(rèn)真的檢查電路板的波形，并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)電路圖迅速的查找問(wèn)題的出處并改正?？傊@次實(shí)習(xí)使我了解并明白了設(shè)計(jì)和制作一個(gè)可用產(chǎn)品的艱難，也使我在運(yùn)用前人的知識(shí)和自己的智慧基礎(chǔ)上最終取得成功，鍛煉了自己堅(jiān)強(qiáng)的意志，增加了自己的自信心，為學(xué)好自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)奠定了良好的基礎(chǔ)。