摘要：介紹XICOR公司（現已被INTERSIL公司合并）的數控電位器DCP器件的接口方式，討論三線DCP的接口控制以及在沒有MCU的情況下實現對三線接口DCP控制，提出以按鍵和軸編碼器對三線DCP控制的實現電路。

概述

XICOR公司以模擬混合器件見長，DCP是其主要也是成功的產品之一。XICOR公司早在1984年開始設計DCP器件，與其他DCP的制造工藝不同，以硅工藝實現電阻，而不是采用DAC實現，這是XICOR的專利技術，因此在性能及表現上是目前其他品牌的DCP所無法比擬的。XICOR的DCP器件的一般原理是，內部串聯一定數量的電阻，電阻間由NMOS/CMOS開關管連接至中心抽頭輸出端，通過控制MOS門的開關狀態以改變輸出電阻。內部結構如圖1所示。

從上圖可知它的原理與傳統機械電位器極其相似。數控電位器件與機械電位器相比具有許多優點，的好處是可實現數字調節，然而在一些沒有MCU的實際應用中，如何使用DCP器件？正是本文所要討論的內容。
DCP的接口方式
XICOR公司的DCP器件中接口方式，一般可分為四種，如表1 所示：

對于按鍵控制方式，可在任何場合使用，而對于三線、IIC和SPI方式，則是針對有MCU場合而設計的。但是按鍵方式只有一個產品X9511，不能滿足多種應用，而IIC和SPI方式由于采用標準的通信方式和協議，一般必須在MCU的場合才能使用。
三線方式，通過CS、INC、U/D控制，CS是低有效片選，INC是下降沿有效的步進脈沖，U/D的高/低電平控制方向。由于此控制電路非常簡單，沒有復雜的時序關系，可以非常簡便地轉換為按鍵控制。并且，三線接口的DCP器件型號在所有DCP中占有半數之多，具有各種阻值和功能，能夠滿足絕大多數的應用場合。在三線方式的DCP中，接口控制和MOS門控制電路可簡單地理解為一個N位的計數器和譯碼器。計數器對INC上的脈沖進行計數，U/D信號對計數器的方向進行控制，CS信號除了使用器件的作用外，還具有自動存儲功能，即在CS失效變為高平時，計數器的當前值自動保存到非易換性的存儲器EEPROM中。并且在器件上電時，自動讀出EEPROM中和內容到計數器中，因此DCP的值也是非易失性的，這是XICOR的DCP產品的特色。

圖2 按鍵控制三線DCP軸編碼器的脈沖和方向電路通過按鍵控制三線DCP器件　　
圖2中給出一個簡單而有效的按鍵控制三線DCP的電路。電路的工作原理是：當S1或S2被按下時，U2A輸出高；U2B立即輸出低，產生片選信號；經R7、C3構成遲時電路后，多諧振蕩器電路U2C開始產生步進脈沖，脈沖頻率由R8、C5決定，圖示的值約為幾十Hz；按鍵放開后，R9、C8構成的延時電路使U2B稍后升高，以保證INC的脈沖被DCP接受，也就是保證CS在INC失效后再失效。圖中U2D、DS1和R6是一個附加的指示電路，C10、C11對按鍵信號進行濾波，選用肖特基的二輸入與非門74HC132旨在提高系統的可靠性。

                                                                 圖3

使用軸編碼器控制多顆三線DCP器件
在現代電子產品中軸編碼器已經是經常使用的器件，又稱旋扭編碼器。軸編碼器可分為接觸式和光電式兩種，光電式需要電源驅動，常用的軸編碼器中通常附加有按鍵功能，本文中使用了一款帶有按鍵功能的接觸式軸編碼器進行設計。
軸編碼器輸出兩路相位正交的兩路信號（相位差90°），每旋轉圈可輸出若干個脈沖信號，帶的按鍵功能的在每次按下旋扭時還會引起另一對引腳的短路，功能與普通按鍵相同。兩路正交輸出信號A、B在旋轉方向改變時相位發生變化，如順時針旋轉時A相超前B相90°，而在逆時針旋轉時B相則超前A相90°。據此我們可以用數字電路對軸編碼器的信號進行解碼，解出脈沖信號和方向信號，如圖3所示。
圖中肖特基反相器74HC14（U7）消除A、B相信號上的毛刺以及對信號倒相；二輸入與門74HC08（U6）產生相差四分之一個相位的四個脈沖信號；帶置位和清除的D觸發器CD4013（U10）對信號時序調整，產生延遲A、B四分之一相位的P_A和P_B信號；P_A和P_B信號再合并得到終的脈沖信號PULSE；D觸發器U11由PULSE和P_A的時序解出方向信號DIRECT。PULSE和DIRECT可作為DCP的INC和U/D信號。
圖4中畫出了在軸編碼器在順時針和逆時針各旋轉三個脈沖情況下的各信號之間的時序關系。

 
通過圖3中的電路得到了DCP可使用的INC和U/D信號，下面圖5中電路將產生CS信號，以及實現對多個DCP進行控制。圖5中的信號PB_R和EC_P由圖3中引出。

圖5  DCP選擇及使能信號電路采用A、B相信號的或來產生CS信號，或信號由#A 的#B的與非產生，經D1、R1、C1構成的延時電路生成一個正有效的片選信號，延時電路的作用是保證DCP正確接受所有INC脈沖。DCP的選擇通過軸編碼器的按鍵控制，電路如圖5的下半部分。四個D觸發器在上電時由R2、C2設置輸出為'1000'，選中個DCP，此后每按一次按鍵，四個D觸發器的輸出將'1000'循環移位一次，從而依次選擇第二、第三、第四個DCP。，由前面產生的正有效片選信號和DCP選擇信號進行'與非'來產生低有效的DCP的CS信號，CS和上升沿還有將DCP的當前值保存到EEPROM中的作用。圖中四個LED對所選擇DCP進行指示。
在上述對軸編碼器的解碼電路圖3和圖5中，使用了多顆分立邏輯器件，電路略顯復雜，但用戶可根據所需DCP的個數及實際應用對電路進行靈活改變，亦可考慮使用單片的可編程器件完成整個電路。在方案的成本和可靠性方面，此電路與MCU控制的電路相比毫不遜色。

參考資料
1. 武漢力源信息技術有限公司。X9C103數據手冊。武漢，2000
2. XICOR公司。AN48-Shaft Encoder Drive Multiple XICOR Digitally Controlled Potentiontiometers。2000
3. XICOR公司。AN92-Understanding the Xicor 3-Wire XDCP? Interface。2000
4. XICOR公司。AN49-Digital Audio Amplifier Gain Control using Logarithmic XICOR Digitally Controlled Potentiontiometers (XDCPs)。2000