不使用MCU对三线DCP进行控制

摘要：介绍XICOR公司（现已被INTERSIL公司合并）的数控电位器DCP器件的接口方式，讨论三线DCP的接口控制以及在没有MCU的情况下实现对三线接口DCP控制，提出以按键和轴编码器对三线DCP控制的实现电路。
概述
XICOR公司以模拟混合器件见长，DCP是其最主要也是最成功的产品之一。XICOR公司早在1984年开始设计DCP器件，与其他DCP的制造工艺不同，以硅工艺实现电阻，而不是采用DAC实现，这是XICOR的专利技术，因此在性能及表现上是目前其他品牌的DCP所无法比拟的。XICOR的DCP器件的一般原理是，内部串联一定数量的电阻，电阻间由NMOS/CMOS开关管连接至中心抽头输出端，通过控制MOS门的开关状态以改变输出电阻。内部结构如图1所示。
从上图可知它的原理与传统机械电位器极其相似。数控电位器件与机械电位器相比具有许多优点，最大的好处是可实现数字调节，然而在一些没有MCU的实际应用中，如何使用DCP器件？正是本文所要讨论的内容。
DCP的接口方式
XICOR公司的DCP器件中接口方式，一般可分为四种，如表1 所示：


对于按键控制方式，可在任何场合使用，而对于三线、IIC和SPI方式，则是针对有MCU场合而设计的。但是按键方式只有一个产品X9511，不能满足多种应用，而IIC和SPI方式由于采用标准的通信方式和协议，一般必须在MCU的场合才能使用。
三线方式，通过CS、INC、U/D控制，CS是低有效片选，INC是下降沿有效的步进脉冲，U/D的高/低电平控制方向。由于此控制电路非常简单，没有复杂的时序关系，可以非常简便地转换为按键控制。并且，三线接口的DCP器件型号在所有DCP中占有半数之多，具有各种阻值和功能，能够满足绝大多数的应用场合。在三线方式的DCP中，接口控制和MOS门控制电路可简单地理解为一个N位的计数器和译码器。计数器对INC上的脉冲进行计数，U/D信号对计数器的方向进行控制，CS信号除了使用器件的作用外，还具有自动存储功能，即在CS失效变为高平时，计数器的当前值自动保存到非易换性的存储器EEPROM中。并且在器件上电时，自动读出EEPROM中和内容到计数器中，因此DCP的值也是非易失性的，这是XICOR的DCP产品的特色。



图2 按键控制三线DCP轴编码器的脉冲和方向电路通过按键控制三线DCP器件　　
图2中给出一个简单而有效的按键控制三线DCP的电路。电路的工作原理是：当S1或S2被按下时，U2A输出高；U2B立即输出低，产生片选信号；经R7、C3构成迟时电路后，多谐振荡器电路U2C开始产生步进脉冲，脉冲频率由R8、C5决定，图示的值约为几十Hz；按键放开后，R9、C8构成的延时电路使U2B稍后升高，以保证INC的脉冲被DCP接受，也就是保证CS在INC失效后再失效。图中U2D、DS1和R6是一个附加的指示电路，C10、C11对按键信号进行滤波，选用肖特基的二输入与非门74HC132旨在提高系统的可靠性。


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使用轴编码器控制多颗三线DCP器件
在现代电子产品中轴编码器已经是经常使用的器件，又称旋扭编码器。轴编码器可分为接触式和光电式两种，光电式需要电源驱动，常用的轴编码器中通常附加有按键功能，本文中使用了一款带有按键功能的接触式轴编码器进行设计。
轴编码器输出两路相位正交的两路信号（相位差90°），每旋转圈可输出若干个脉冲信号，带的按键功能的在每次按下旋扭时还会引起另一对引脚的短路，功能与普通按键相同。两路正交输出信号A、B在旋转方向改变时相位发生变化，如顺时针旋转时A相超前B相90°，而在逆时针旋转时B相则超前A相90°。据此我们可以用数字电路对轴编码器的信号进行解码，解出脉冲信号和方向信号，如图3所示。
图中肖特基反相器74HC14（U7）消除A、B相信号上的毛刺以及对信号倒相；二输入与门74HC08（U6）产生相差四分之一个相位的四个脉冲信号；带置位和清除的D触发器CD4013（U10）对信号时序调整，产生延迟A、B四分之一相位的P_A和P_B信号；P_A和P_B信号再合并得到最终的脉冲信号PULSE；D触发器U11由PULSE和P_A的时序解出方向信号DIRECT。PULSE和DIRECT可作为DCP的INC