项目4　数字电位器在AD转换中的应用电路

设计任务

目前，数字电位器以其调节准确、方便，性能稳定、无噪声，具有可编程能力等特点，在电子工程技术中得到了广泛应用。本设计将用数字电位器取代传统的机械电位器，使输入的模拟量更加精确可调，AD转换后输出的数字量更准确。

总体思路

数字电位器是用数字信号控制电位器滑动端位置的新型器件。本设计选用MCP4131-502芯片作为串行信号控制的数字电位器。本设计通过数字电位器提供0～5V的模拟电压，经AD转换变为数字量，然后通过单片机数据处理显示在数码管上。本设计的核心是通过数字电位器的应用使输入的模拟量更加精确。

系统组成

数字电位器在AD转换中的应用电路主要分为以下4个模块。

模拟电压输入电路：提供0～5V的模拟电压，通过单片机控制数字电位器，精确控制输入的模拟电压。

AD转换电路：通过AD转换，将模拟电压转换为数字量，便于单片机处理。

单片机电路：通过单片机采样，向数字电位器发送控制信号，驱动数码管显示。

数码管显示电路：将采样后的数字量显示在数码管上。

数字电位器在AD转换中的应用电路系统框图如图4-1所示。

图4-1　数字电位器在AD转换中的应用电路系统框图

模块详解

数字电位器在AD转换中的应用电路如图4-2所示。下面分别对数字电位器在AD转换中的应用电路的各模块进行详细介绍。

图4-2　数字电位器在AD转换中的应用电路

1.模拟电压输入电路

模拟电压输入电路如图4-3所示，其中MCP4131-502芯片的引脚功能如下。

1引脚为片选信号端，低电平有效；　　5引脚为电位器0A端P0A；

2引脚为时钟信号端SCK；　　6引脚为电位器抽头端P0W；

3引脚为串行数据输入端SDI/SDO；　　7引脚为电位器0B端P0B；

4引脚为接地端VSS（图4-3中未画出）；　　8引脚为电源端VCC（图4-3中未画出）。

本设计通过单片机控制数字电位器，从而输入0～5V模拟电压到ADC0809芯片。

2.AD转换电路

AD转换电路如图4-4所示。本设计采集ADC0809芯片的IN0引脚上的模拟量，故将MCP4131-502芯片的P0W引脚和ADC0809芯片的IN0引脚连接。ADC0809芯片的模拟通道地址选择信号端ADDA、ADDB、ADDC引脚都接地，这样地址信号000选中的转换通道为IN0引脚。ADC0809芯片的地址锁存允许信号端ALE引脚为高电平有效，故接VCC引脚，则ADDA、ADDB、ADDC 3引脚上的3位地址被锁存。ADC0809芯片的启动信号端START引脚为正脉冲有效，和单片机的P3.3引脚连接。当单片机的P3.3引脚为高电平时，则启动AD转换。

图4-3　模拟电压输入电路

图4-4　AD转换电路

本电路设计为单极电压输入，VREF（+）引脚接+5V，用于提供片内DC电阻网络的基准电压。CLOCK引脚与1MHz有源晶振的输出引脚相连。转换结束信号端EOC引脚在AD转换过程中为低电平，AD转换结束时为高电平，与单片机的P3.4引脚相连。当AD转换结束时，单片机读取AD转换结果。输出允许信号端OE引脚接单片机的P3.2引脚，且为高电平有效。当单片机将P3.2引脚置高电平时，才可以从三态输出锁存器取走AD转换完的数据。ADC0809芯片的数字量输出端OUT1～OUT8引脚接单片机的P1.7～P1.0引脚。

3.单片机电路

单片机电路主要进行内部程序处理，实现采样、控制数字电位器和驱动数码管显示等功能。单片机电路如图4-5所示。其中，C1、C2及X1构成晶振电路，其作用是为系统提供时钟信号。

图4-5　单片机电路

1）控制数字电位器功能

在本设计中，通过单片机控制数字电位器。单片机的P1.0、P1.1和P1.2引脚分别接数字电位器的SDI/SDO、SCK和引脚。当引脚处于低电平时，单片机通过SDI/SDO串行移位输入16位命令字，在SCK引脚信号的每个上升沿时刻输入1位命令字。如图4-6所示，KEY1和KEY2端接单片机P3.4和P3.5中断引脚。通过按键S1和S2调节数字电位器，实现输入的模拟电压增/减。