數字電位器簡介

　　數字電位器是采用CMOS工藝制成的數模混合信號處理集成電路，也稱數控可編程電阻器。采用是數控方式調節電阻值大小，多用多晶硅或薄膜電阻材料，從而有使用靈活、調節精度高、無觸點、低噪聲等特點。同時有體積小、節省印制板空間，易于安裝，不易污損、抗振動、抗干擾、壽命長、不易受環境溫度影響等優點。基于上述內容，數字電位器已被廣泛用于醫療保健設備、儀器儀表、通信設備、工業控制、家用電器、數碼產品等各領域。數字電位器是一種有發展前景的新型器件。與機械電位器相比，具有許多優點，在許多領域可取代機械電位器。任何用電阻進行參數調整、校準或控制的領域，都可用數字電位器構成可編程模擬電路進而進行調整。

　　數字電位器優點

　　數字電位器WDH22也稱為非接觸式電位器，是一種用數字傳感器檢測轉軸的角度變化，并將這個角度變化用多種信號類型反饋輸出的器件。

　　數字電位器WDH22與機械式電位器FCP22E相比，具有可程控改變有效電氣角度及輸出范圍、耐震動、噪聲小、壽命長等優點，因而，已在自動檢測與控制、智能儀器儀表、船舶設備、風力發電等許多重要領域得到成功應用。

　　數字電位器取消了電阻基片和電刷，是一個半導體集成電路。其優點為：調節精度高；沒有噪聲，有極長的工作壽命；無機械磨損；用于自動控制系統可以實現對角度位置的精確測量，也可以利用輸出反饋信號與角度變化成線性比例的特性，通過驅動轉軸實現輸出調節功能。

　　數字電位器主要區別

　　有兩個重要區別：

　　1）調整過程中，數字電位器的電阻值不是連續變化的，而是在調整結束后才具有所希望的輸出。這是因為數字電位器采用MOS管作為開關電路，并且采用“先開后關”的控制方法。

　　2）數字電位器無法實現電阻的連續調整，而只能按數字電位器中電阻網絡上的最小電阻值進行調整。

　　數字電位器的控制與調試

　　一、實驗目的

　　根據時序圖和真值表設計按鈕控制數字電位器控制電路：

　　1．基本要求：按住控制鍵，數字電位器阻值連續變化。

　　2．擴展要求：可使用Protues等軟件進行仿真設計。

　　3．擴展電路要求：按住控制鍵，數字電位器阻值連續變化且變化速度遞增/遞減。

　　二、實驗儀器

　　1.帶有異步置位、復位端的JK觸發器，NE555，74LS04非門。

　　2.X9C104數字電位器。

　　3.電阻，單刀單擲開關和雙刀雙擲開關，導線。

　　三、實驗原理

　　1．電位器原理：

　　數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。當數字電位器作分壓器使用時，其高、低、滑動端電壓分別用UH、UL、UW表示；作可調電阻器使用時，其高、低、滑動端電阻分別用RH、RL、RW表示。

　　將n個阻值相同或不同電阻串聯在UH、UL端之間，每個電阻兩端分別經過一個由CMOS管而構成模擬開關連在一起，作為數字電位器抽頭，在數字信號控制下每次只能有一個模擬開關閉合，從而將串聯電阻的一個節點連接到滑動端。亦即，當外部計數脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路輸出端只有一個有效，故只選擇一個MOS管導通。數字電位器的內部簡化電路，如圖2所示。

　　數字控制部分的存儲器是一種斷電非易失性存儲器，電路再次上電時，數字電位器中仍保存著原有控制數據，其中間抽頭到兩端點之間的電阻值仍是上一次的調整結果。數控電位器的原理示意圖如圖3所示。假定數控電位器為16抽頭，步進量為660Ω，滑動端每移動一步，輸出電阻值就增加660Ω。考慮到滑動端無論處于哪一位置，都接著一只模擬開關，該模擬開關的電阻值就是滑動端電阻，也是數控電位器的起始電阻。現假定滑動端電阻為100Ω，當滑動端移動15步時就到達RH端與RL端之間的輸出電阻應為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，U/D端為電位器阻值或電壓的調節端。在CS端與INC端正常工作的狀態下，當U/D端為高電平的時候，電位器的阻值或電壓逐漸變大，當U/D端處于低電平時，則相反。當CS端和INC端同時為高時將當前的寄存器數據鎖存入存儲器，達到重新上電后數字電位器阻值不變的目的。數控電位器控制時序圖如下：

　　3．NE555構成的多諧振蕩器

　　由555定時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。電路沒有穩態，只有兩個暫穩態，也不需要外加觸發信號，利用電源Vcc通過R1和R2向電容器C充電，使Uc逐漸升高，升到2VCC/3時，Uo跳變到低電平，放電端D導通，這時，電容器C通過電阻R2和D端放電，使Uc下降，降到VCC/3時，Uo跳變到高電平，D端截止，電源Vcc又通過R1和R2向電容器C充電。如此循環，振蕩不停，電容器C在VCC/3和2VCC/3之間充電和放電，輸出連續的矩形脈沖，其波形如圖（D）所示。

　　4．帶異步置位，復位端的JK觸發器構成的T觸發器

　　由于T觸發器沒有專門的商品電路，通常由JK觸發器構成，先來了解下JK觸發器，因為JK觸發器屬于主從觸發器，所以觸發條件為一個正脈沖，即這樣一個波形

　　因此JK觸發器有這樣的表達式：

　　所以把JK觸發器改裝成T觸發器非常簡單，如圖5所示

　　四、實驗步驟

　　1．電路的焊接

　　電路圖如下：

　　根據提供的電路圖和PCB板合理的布局，然后從左到右認真的焊接，焊接當中必須按照老師所說的五步焊接法，五步焊接法如下所述：

　　①、準備施焊

　　準備好焊錫絲和烙鐵。此時特別強調的施烙鐵頭部要保持干凈，即可以沾上焊錫（俗稱吃錫）。

　　②、加熱焊件

　　將烙鐵接觸焊接點，注意首先要保持烙鐵加熱焊件各部分，例如印制板上引線和焊盤都使之受熱，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。

　　③、熔化焊料

　　當焊件加熱到能熔化焊料的溫度后將焊絲置于焊點，焊料開始熔化并潤濕焊點。

　　④、移開焊錫

　　當熔化一定量的焊錫后將焊錫絲移開。

　　⑤、移開烙鐵

　　當焊錫完全潤濕焊點后移開烙鐵，注意移開烙鐵的方向大致是45°的方向。

　　2．電路的仿真

　　1）通過Protues仿真軟件繪出數字電位器控制電路圖如下所示

　　說明：

　　①、當開關UP開關和DOWN開關都斷開時，CS端、INC端和U/D端都為高電平。

　　②、當開關UP合上，DOWN斷開時，則T觸發器S端為高電平，S端無效，INC端產生脈沖信號，CS端為低電平，U/D端為高電平，電位器電壓或阻值變大，當UP端斷開時，則T觸發器S端為低電平，S端有效，將輸出T觸發器輸出的信號變為高電平，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、當開關DOWN合上，UP斷開時，則T觸發器S端為高電平，S端無效，INC端產生脈沖信號，CS端為低電平，U/D端為低電平，電位器電壓或阻值變小，當DOWN端斷開時，則T觸發器S端為低電平，S端有效，將輸出T觸發器輸出的信號變為高電平，電位器停止電壓或阻值停止下降并保存，CS端回到高電平。

　　2）NE555構成的多諧振蕩器如下圖所示

　　3）由JK觸發器構成的T觸發器如下圖所示

　　4）當開關UP開關與DOWN開關都斷開時，則仿真示波器顯示如下圖

　　5）當開關UP合上，DOWN斷開時，則仿真示波器顯示如下圖

　　6）當UP斷開，DOWN合上時，則仿真示波器顯示如下圖

　　五、實驗小結

　　通過這次實習，我學到了許多書本中學不到的東西，我通過自己的親身的體驗了從設計到制作和調試電路的全過程，在設計電路當中，我查閱了大量的資料，分析與該次所需要設計的電路有關的電路圖，并用Protues軟件進行仿真檢驗電路設計的合理與否，最后通過自己的努力設計出了數字電位器的控制電路并進行仿真，通過多次的修改和檢驗最終取得了成功，自己也為之而感到自豪。在焊接電路方面，我遇到了很多的問題，比如如何合理在PCB板上布局，如何學習焊接并使焊接的效果達到最佳，最終通過我不斷的努力，雖然布局有點亂，但是看到自己的勞動成果，心里很滿意。在調試階段，我認真的檢查電路板的波形，并發現問題，根據電路圖迅速的查找問題的出處并改正。總之，這次實習使我了解并明白了設計和制作一個可用產品的艱難，也使我在運用前人的知識和自己的智慧基礎上最終取得成功，鍛煉了自己堅強的意志，增加了自己的自信心，為學好自己的專業知識奠定了良好的基礎。