河北科技学院教案用纸

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1、河北科技大学教案用纸第21次课2学时多路模拟开关及单片数据采集系统本次课题（或教材章节题目）：第九章数字电位器第二节数字电位器的原理及配置模式第三节数字电位器的基本应用教学要求：掌握数字电位器的基本原理与应用重点：数字电位器的原理及配置模式难点：数字电位器（DCP）的数学模型教学手段及教具：讲授讲授内容及时间分配：1.数字电位器的特点、原理及配置模式45分钟2.数字电位器的基本应用45分钟课后作业思考题：1～4参考资料1.沙占友等编著.数字化测量技术与应用.机械工业出版社，2004.42.沙占友等编著，数字

2、电位器设计原理与应用，机械工业出版社，2007.4注：本页为每次课教案首页河北科技大学教案用纸第6页第九章数字电位器数字电位器（DigitalPotentiometer）是采用CMOS工艺制成的数字-模拟混合信号处理集成电路，亦称数控可编程电阻器，简称数控电位器（DigitallyControlledPotentiometers，DCP）。数字电位器可取代传统的机械电位器，广泛用于各种数字仪表、计算机及通信设备、家用电器、工业控制等领域。第一节数字电位器的特点一、数字电位器的特点（1）数字电位器是一种步进可

3、调电阻。其输入为数字量，输出为模拟量，是一种特殊的数/模转换器（DAC）。但其输出量并非电压或电流，而是电阻值或电阻比率，故亦称之为电阻式数/模转换器（RDAC）。（2）分辨率与内部RDAC的位数有关，RDAC的位数愈多，分辨率愈高。分辨率、抽头数与RDAC位数的对应关系见表9-1-1。数字电位器内部单元电阻的个数等于抽头数减去1。表9-1-1分辨率、抽头数与RDAC位数的对应关系RDAC的位数45678910抽头数24＝1625＝3226＝6427＝12828＝25629＝512210＝1024单元电阻的

4、个数1531631272555111023分辨率/（％）6.73.21.60.790.390.1960.098采用4位RDAC的分辨率仅为6.7％，而采用10位RDAC的分辨率达到0.098％。因此，采用10位RDAC的数字电位器调节精度优于0.1％。（3）数字电位器主要有8种接口电路：①按键式接口；②单线接口；③I2C总线接口；④三线加/减式串行接口；⑤二线加/减式串行接口；⑥SPI总线接口；⑦Microwire总线接口；⑧二线并行接口。其中，①～⑦为串行接口，⑧为并行接口，很容易配微控制器（MCU，含微

5、处理器μP或单片机μC）进行编程。MCU可通过串行总线来控制滑动端的位置，对数字电位器的电阻值进行自动调整。（4）实现模拟功能的计算机化。图9-1-1实现模拟功能计算机化的示意图第二节数字电位器的基本原理第6页一、数字电位器的基本原理1.数字电位器的基本工作原理数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件，其等效电路如图9-2-1所示。图9-2-1数字电位器的等效电路数字电位器的原理示意图如图9-2-3所示。图9-2-3数字电位器的原理示意图2.数字电位器的数学模型数字电位器（DCP）的数学模型如图9-2-4a、

6、b、c所示，图9-2-4数字电位器的数学模型a）数字电位器的拓扑结构b）数字电位器的等效电路c）SPICE模型假定数字电位器的总抽头数为n，所用抽头序号为n1，数字电位器滑动端的比例位置为k。有关系式（9-2-1）式中，0≤k≤1。因此，数字电位器的总电阻R就被滑动端划分成两个互补电阻：kR，（1－k）R。二者呈互补关系，具体电阻值取决于由输入代码所确定的滑动端的位置。结论：（1）数字电位器可等效于三端可编程电阻。（2）互补电阻kR和（1－k）R是输入代码的函数。（3）数字电位器可视为能输出电阻值的一种特殊

7、的数/模转换器，且输出电阻可转换成电压或电流输出。第6页二、数字电位器的配置模式图9-2-5a、b分别示出数字电位器有两种配置模式，一种为可调电阻器模式，另一种为分压器模式。图9-2-5数字电位器的两种配置模式a）配制成可调电阻器b）配制成分压器1.配制成可调电阻器计算RWH、RWL的公式如下：RWH＝（9-2-2）RWL＝（9-2-3）2.配制成分压器计算RH、RL的公式如下：RH＝（9-2-4）RL＝（9-2-5）第三节数字电位器的基本应用可编程增益放大器（ProgrammableGainAmplifi

8、er，PGA），是用数字电位器来代替机械电位器，再利用单片机或微处理器（μP）自动调节运算放大器的增益，可满足不同用户的需要。一、同相可编程增益放大器1.数字电位器作可调电阻器使用的同相可编程增益放大器令数字电位器的总抽头数为N，滑动端所接抽头的序号为n1，滑动端的比例位置为k（k＝0～1）。有关系式（9-3-1）对256抽头的线性数字电位器而言，N＝256，假定n1＝89，则k＝89/（256－1）＝0.349