i2c总线数字电位器原理及与单片机的接口设计

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1、I2C总线数字电位器原理及与单片机的接口设计湘潭工学院信息与电气工程系(411201)  黄采伦摘 要I2C总线数字电位器是Xicor公司推出的数字电位器中较有代表性的一种，它集许多先进特性于一体，倍受使用  者瞩目；本文介绍其特性、工作原理及与单片机的接口技术。     关键词数字电位器 I2C总线  单片机  程序模块1引言   随着I2C总线应用的日益广泛，兼容I2C总线的接口芯片及存储器的品种也越来越多，其中数字电位器以其调节方便、使用寿命长、受物理环境的影响小、性能稳定等特点，已被广大电子工程技术人员所认识；尤其是在音频产品、控制领域等的应用越

2、来越受到人们的重视。I2C总线数字电位器是美国Xicor公司推出的X9×××系列数字电位器中较有代表性的一种。它是把几个E2POT非易失性数字电位器集成在一起的单片CMOS微电路，具有二线串行I2C总线接口，易于软件控制，可直接读出、写入滑动端位置，可级联使用等先进特性。本文以X9241为例说明。2结构原理   X9241内部包括一个I2C接口和四个数字电位器。每个数字电位器由电阻阵列及与之对应的滑动端计数寄存器WCR、四个8位数据寄存器R0~R3等部分构成。其引脚配置如图1所示。2.1电阻阵列   每个电阻阵列由63个串联连接的分立的电阻段组成。每个电

3、阻阵列的物理终端等效于机械电位器的固定端（VH和VL输入端）。每个阵列的VH和VL以及每个电阻段之间的接点（即抽头）通过FET开关连接滑动输出端VW；而滑动端VW在电阻阵列中的位置由WCR控制。图1X9241引脚配置图其中VW0、VW1、VW2及VW3分别为四个电位器的滑动端；VL0、VL1、VL2及VL3分别为四个电位器的低端；VH0、VH1、VH2及VH3分别为四个电位器的高端；A0、A1、A2及A3为地址线（用来设置从属地址低4位）；SDA及SCL分别为串行数据和串行时钟；VCC及VSS分别为电源和地   如果将四个电阻阵列中的两个、三个或四个串联

4、起来可构成127、190或253个抽头的数字电位器。    X9241电位器电阻阵列的阻值种类根据后缀的不同而不同。当分别为Y、W、U时，则电阻阵列分别为四个2kΩ、四个10kΩ、四个50kΩ的数字电位器；而当为M时，其内部四个数字电位器阻值分别为2kΩ、10kΩ、10kΩ、50kΩ。2.2滑动端计数寄存器WCR   滑动端计数寄存器WCR实际上是一个6位带有译码输出的计数器，用来实现选择六十四选一的FET开关的位置，即控制滑动端在电阻阵列中的位置。WCR是一种易失性存贮器，其内容可通过指令改写，上电时装入数据寄存器R0的内容（注意：此值可能与断电时的值

5、不同）。2.3数据寄存器   数据寄存器的内容可由用户读出或写入，其内容可传输到滑动计数寄存器WCR以设置滑动端的位置。每个数字电位器有四个8位非易失性数据寄存器R0~R3。2.4串行接口   X9241支持I2C串行双向总线的定向规约：实际应用时X9241为从器件，由主机启动数据的传输，并为发送和接收操作提供时钟。数据线SDA和时钟线SCL的信号间关系（起始条件、终止条件及应答条件）见图2。3器件寻址及指令结构3.1器件寻址   在起始后，主器件输出它所要访问的从器件地址，该地址的格式如下：0101A3A2A1A0   对于X9241来说，这个地址的高

6、4位固定为：0101，低4位由物理的器件地址A0~A3输入端状态决定。这样，X9241把串行数据流与地址输入端的状态进行比较，若所有位都比较成功，则该器件在总线上作出一个应答响应。3.2指令结构   主器件在发送完起始条件及器件地址，且从器件作出应答之后，送到X9241的下一个字节包括指令及寄存器指针的信息。其格式如下：I3I2I1I0P1P0R1R0   其中低4位中前两位（R0和R1）指出四个寄存器中的一个，后两位（P0和P1）选择四个电位器中的哪一个；高4位决定指令，X9241共有9条指令见表1。   表1X9241指令指令I3I2I1I0P1P0

7、R1R0功能说明ReadWCR10011/01/0××读P1、P0指定的滑动端计数寄存器内容WriteWCR10101/01/0××写新值到P1、P0指定的滑动端计数寄存器中ReadDataRegister10111/01/01/01/0读P1、P0和R1、R0指定的寄存器内容WriteDataRegister11001/01/01/01/0写新值到P1、P0和R1、R0指定的寄存器中XFTDataRegistertoWCR11011/01/01/01/0传输由P1、P0和R1、R0指定的寄存器内容到与它相关的WCR中XFTWCRtoDataRegist

8、er11101/01/01/01/0传输由P1、P0指定的WCR的内容到R1、R