基于可編程數(shù)字電位器在AVR單片機(jī)中的應(yīng)用

1、基于可編程數(shù)字電位器在AVR單片機(jī)中的應(yīng)用文章出處： 發(fā)布時(shí)間： 2009/11/03 | 1249 次閱讀 | 0次推薦 | HYPERLINK /data/html/2009-11-3/79861.html#guest#guest l guest#guest 0條留言 HYPERLINK /advcount.asp?advid=238 業(yè)界領(lǐng)先的TEMPO評(píng)估服務(wù) HYPERLINK /advcount.asp?advid=140 高分段能力，高性能貼片保險(xiǎn)絲 HYPERLINK /advcount.asp?advid=158 專為OEM設(shè)計(jì)師和工程師而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品 HYPERLINK /a

2、dvcount.asp?advid=242 使用安捷倫電源，贏取iPad2 HYPERLINK /advcount.asp?advid=109 Samtec連接器 完整的信號(hào)來(lái)源 HYPERLINK /advcount.asp?advid=245 每天新產(chǎn)品 時(shí)刻新體驗(yàn) HYPERLINK /advcount.asp?advid=126 完整的15A開(kāi)關(guān)模式電源 1 引言AVR嵌入入式 HYPERLINK /product/searchfile/361.html 單片機(jī)具有豐豐富的硬件、軟軟件資源，其其中的串行II2C HYPERLINK /product/searchfile/5540.ht

3、ml 接口能滿足很很多應(yīng)用場(chǎng)合合的要求，兩兩個(gè)AVR單單片機(jī)通過(guò)II2C HYPERLINK /product/searchfile/4067.html 總線直接連接接就可實(shí)現(xiàn)單單片機(jī)相互通通信；AVRR單片機(jī)還可可以和任何具具有I2C總總線接口的外外設(shè)直接連接接而無(wú)須其它它硬件電路支支持。而 HYPERLINK /stock-ic/X9221.html X99221系列列可編程數(shù)字字 HYPERLINK /product/file329.html 電位器在智能能 HYPERLINK /product/searchfile/7945.html 測(cè)試設(shè)備上應(yīng)應(yīng)用非常廣泛泛，通過(guò)I22C總線可以以

4、簡(jiǎn)單地構(gòu)成成單片機(jī)與各各種外設(shè)之間間乃至與計(jì)算算機(jī)之間的通通信，建立友友好的 HYPERLINK /product/searchfile/2754.html 人機(jī)界界面聯(lián)系。硬硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單單、靈活，只只需要將所有有設(shè)備的SDDA和SCLL HYPERLINK /product/searchfile/4875.html 信號(hào)線分別并并聯(lián)在一起并并加上拉 HYPERLINK /product/searchfile/294.html 電阻阻即可，有助助于提高設(shè)備備的自動(dòng)化水水平、可靠性性、穩(wěn)定性及及電氣裝配的的工藝性。AAVR單片機(jī)機(jī)和X92221系列可編編程 HYPERLINK /product/

5、searchfile/1218.html 數(shù)字電位位器都有內(nèi)置置的E2ROOM單元，可可以非常方便便地為用戶保保留一些工藝藝參數(shù)；X99221系列列電位器063級(jí)的變變化可以將電電位器調(diào)節(jié)到到手動(dòng)無(wú)法實(shí)實(shí)現(xiàn)的平滑級(jí)級(jí)別，調(diào)節(jié)過(guò)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生噪聲且壽壽命長(zhǎng)、不受受機(jī)械振動(dòng)污污染潮濕影響響等。2 X92221系列數(shù)數(shù)字電位器介介紹2.1電氣氣特性及硬件件結(jié)構(gòu)原理X92211系列電位器器共有15種種規(guī)格型號(hào)，有有雙列直插 HYPERLINK /icstock/119/DIP20.html DDIP20和和表面貼裝 HYPERLINK /stock-ic/SOIC20.html SSOIC200兩種

6、封裝。 HYPERLINK /product/searchfile/2937.html 電電源電壓民品品級(jí)、工業(yè)級(jí)級(jí)為4.55.5V，軍軍品級(jí)為2.75.55V；一組封封裝 HYPERLINK /product/searchfile/6465.html 芯片內(nèi)有兩個(gè)個(gè)數(shù)字電位器器，參見(jiàn)圖11，X92221系列電位位器封裝及引引腳功能。內(nèi)內(nèi)置的E2RROM單元，可可以在掉電時(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)很好好地保存，上上電時(shí)自動(dòng)加加載到自己的的RAM單元元，電位器接接口是標(biāo)準(zhǔn)的的I2C總線線，其中的數(shù)數(shù)據(jù)寄存器可可通過(guò)I2CC總線進(jìn)行讀讀寫(xiě)操作；電電位器滑動(dòng)端端(VW0RW0，VVW1RWW1)相當(dāng)于于普通電位器器

7、中間抽頭，是是無(wú)摩擦 HYPERLINK /product/searchfile/249.html 觸觸點(diǎn)。X92211系列電位器器總電阻配置置有3種阻值值2 k、110k、550k，用用戶可根據(jù)自自己的設(shè)計(jì)需需求來(lái)選型。每每一個(gè)芯片有有A0A33四位二進(jìn)制制編程的器件件地址以區(qū)分分I2C總線線上接入的不不同外設(shè)，因因此，一條總總線上最多可可接入16個(gè)個(gè)X92211器件。器件件內(nèi)部有兩組組類型的寄存存器DATTA和WWCR，他他們的訪問(wèn)則則由串行 HYPERLINK /product/searchfile/4872.html 數(shù)據(jù)據(jù)線上的命令令字來(lái)確定。電電阻陣列通過(guò)過(guò)內(nèi)部編碼可可以有64種種

8、狀態(tài)，063種狀態(tài)態(tài)的連續(xù)變化化，相當(dāng)于電電位器中心抽抽頭從普通電電位器的一端端滑動(dòng)到另一一端；所有的的寄存器都可可以通過(guò)I22C總線進(jìn)行行雙向操作，即即可讀可寫(xiě)。在線實(shí)實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)電電位器中間間抽頭位置可以有3種種方法：通過(guò)過(guò)I2C總線線向WCR寄寄存器寫(xiě)數(shù)據(jù)據(jù)(串行加載載)、通過(guò)對(duì)對(duì)相應(yīng)的DAATA類寄存存器直接寫(xiě)數(shù)數(shù)據(jù)(并行加加載)、以及及增量減量命命令(下面會(huì)會(huì)討論到)直直接寫(xiě)數(shù)據(jù)；概念上電位位器中間抽抽頭位置可可以由WCCR寄存器器來(lái)替代，其其另一類寄存存器可以由DATA寄存器來(lái)替替代。2.2數(shù)字字電位器I22C總線時(shí)序序及指令2.2.11一般I2CC總線通信時(shí)時(shí)序X92211系列數(shù)字

9、電電位器其接口口是按標(biāo)準(zhǔn)的的I2C總線線設(shè)計(jì)的，因因此，硬件連連接非常簡(jiǎn)單單，只需把串串行時(shí)鐘線SSCL、串行行數(shù)據(jù)線SDDA與之對(duì)應(yīng)應(yīng)相連即可。其其通信完全符符合I2C總總線協(xié)議要求求，串行時(shí)鐘鐘線SCL、串串行數(shù)據(jù)線SSDA按照規(guī)規(guī)定的協(xié)議產(chǎn)產(chǎn)生一序列脈脈沖串，進(jìn)而而完成傳輸一一組數(shù)據(jù)的任任務(wù)。參見(jiàn)圖圖2 I2CC總線通信時(shí)時(shí)序。X92211系列數(shù)字電電位器完全以以從機(jī)的身份份出現(xiàn)在I22C總線上，它它不可以主機(jī)機(jī)的身份出現(xiàn)現(xiàn)在I2C總總線上，也就就是說(shuō)對(duì)其寄寄存器的讀寫(xiě)寫(xiě)操作都受控控于主機(jī)，這這一點(diǎn)一定要要在硬件和軟軟件設(shè)計(jì)上留留意。當(dāng)主機(jī)機(jī)發(fā)出 HYPERLINK /data/icco

10、mpany/detail3.html STTART信信號(hào)后，從機(jī)機(jī)(X92221A)芯片片即將拉高SSDA線，表表明放棄數(shù)據(jù)據(jù)線權(quán)限由主主機(jī)控制，主主機(jī)發(fā)送一個(gè)個(gè)字節(jié)后再由由從機(jī)(X99221A)芯片自動(dòng)拉拉低SDA線線，表明數(shù)據(jù)據(jù)收到，如果果此時(shí)從機(jī)將將SDA線拉拉不低，表明明從機(jī)沒(méi)有正正常接受數(shù)據(jù)據(jù)，主機(jī)必須須啟動(dòng)下一個(gè)個(gè)寫(xiě)周期?？煽梢岳斫鉃橹髦鳈C(jī)每發(fā)送一一個(gè)字節(jié)后都都會(huì)等待一個(gè)個(gè)ACK回答答響應(yīng)信號(hào)，否否則，主機(jī)認(rèn)認(rèn)為從機(jī)(XX9221AA)沒(méi)有正常常接收數(shù)據(jù)。2.2.22 X92221指令表表1是X99221所有有指令說(shuō)明，其其中前4種指指令的正常執(zhí)執(zhí)行需要在串串行數(shù)據(jù)線上上至少有3個(gè)

11、個(gè)步驟：通過(guò)數(shù)據(jù)線線寫(xiě)從機(jī)地址址；寫(xiě)指令；寫(xiě)數(shù)據(jù)。才才能完成一個(gè)個(gè)寄存器的讀讀或?qū)?，這44種指令適用用于X92221三字節(jié)時(shí)時(shí)序格式操作作。如果是寫(xiě)寫(xiě)在WCR類類型的寄存器器中，掉電后后數(shù)據(jù)丟失，寫(xiě)寫(xiě)在DATAA類型的寄存存器中，掉電電后數(shù)據(jù)存在在其中；全局局轉(zhuǎn)換的4種種指令的正常常執(zhí)行需要在在串行數(shù)據(jù)線線上至少有22個(gè)步驟：通過(guò)數(shù)據(jù)線線寫(xiě)從機(jī)地址址、寫(xiě)指令，才才能完成所有有寄存器之間間的數(shù)據(jù)交換換，適用于XX9221兩兩字節(jié)時(shí)序格格式操作；最最后一種+-指令令相當(dāng)于在在線上下調(diào)調(diào)節(jié)電位器中中間抽頭，比比較直觀，很很好理解。+-指指令僅訪問(wèn)WWCR類型寄寄存器，且只只是寫(xiě)操作，如如果數(shù)據(jù)線SS

12、DA保持高高電平，下一一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)號(hào)SCL周期期到來(lái)，WCCR寄存器數(shù)數(shù)據(jù)+1。如果數(shù)據(jù)據(jù)線SDA保保持低電平，下下一個(gè)時(shí)鐘信信號(hào)SCL周周期到來(lái)，WWCR寄存器器數(shù)據(jù)-11。然而，不不管哪種命令令，只要寫(xiě)DDATA類型型的寄存器(芯片內(nèi)的EE2ROM存存儲(chǔ)單元)，寫(xiě)寫(xiě)操作要花費(fèi)費(fèi)大約10 ms時(shí)間才才能完成，在在設(shè)計(jì)通信軟軟件時(shí)一定要要特別留意。3 AVRR系列單片機(jī)機(jī)與數(shù)字電位位器硬件和軟軟件設(shè)計(jì)3.1 XX9221數(shù)數(shù)字電位器與與AVR系列列單片機(jī)硬件件接口X92211數(shù)字電位器器與AVR系系列單片機(jī)硬硬件接口如圖圖3所示。硬硬件連接非常常簡(jiǎn)單，只需需將所有設(shè)備備串行數(shù)據(jù)線線SDA、串串

13、行時(shí)鐘線SSCL相連接接并接10 k左右的的上拉電阻即即可。連接在在I2C總線線上的邏輯電電平為線與與邏輯關(guān)系系，只要有一一個(gè)設(shè)備將其其拉低，總線線上即出現(xiàn)低低電平，當(dāng)所所有設(shè)備總線線都懸掛起時(shí)時(shí)呈現(xiàn)高阻狀狀態(tài)。主機(jī)發(fā)發(fā)送模式就是是向其中一個(gè)個(gè)外設(shè)寫(xiě)入數(shù)數(shù)據(jù)，首先產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)動(dòng)信號(hào)STTART，STARTT發(fā)送成功功后才向外設(shè)設(shè)發(fā)送設(shè)備地地址，地址發(fā)發(fā)送成功后，再再發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)數(shù)據(jù)可以是11N個(gè)字節(jié)節(jié)，所有數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送完成，最最后發(fā)送SSTOP完完成主機(jī)寫(xiě)的的過(guò)程。主機(jī)機(jī)接收模式也也是一樣的，過(guò)過(guò)程類似。對(duì)對(duì)X92211來(lái)說(shuō)地址發(fā)發(fā)送完成后，必必須發(fā)送指令令模式，告訴訴X92211目前將做什什

14、么，指令的的含義上面已已提到，指令令模式后是一一組數(shù)據(jù)，其其它過(guò)程一樣樣。為了使I22C總線處于于正常狀態(tài)，所所有總線上的的設(shè)備必須加加電，如果有有一個(gè)設(shè)備沒(méi)沒(méi)有加電，總總線將處于不不正常工作狀狀態(tài)。在總線線上有幾個(gè)設(shè)設(shè)備同時(shí)欲將將發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)中某某主機(jī)發(fā)現(xiàn)仲仲裁失敗后，應(yīng)應(yīng)立即回到從從機(jī)狀態(tài)或放放棄總線請(qǐng)求求，保證獲取取總線控制權(quán)權(quán)的主機(jī)正常常發(fā)送數(shù)據(jù)；不同的主機(jī)機(jī)有不同的總總線時(shí)鐘頻率率，通過(guò)SCCL信號(hào)線線與來(lái)保證證，即高電平平為高電平中中最短的，低低電平為低電電平中最長(zhǎng)的的，也就是說(shuō)說(shuō)協(xié)議照顧顧了速度最最慢的設(shè)備；集結(jié)在總線線上所有的傳傳送必須包含含相同數(shù)目的的數(shù)據(jù)包，否否則，多

15、主機(jī)機(jī)系統(tǒng)中仲裁裁結(jié)果無(wú)法定定義，這在設(shè)設(shè)計(jì)上要特別別注意。3.2 XX9221數(shù)數(shù)字電位器與與AVR系列列單片機(jī)通信信軟件設(shè)計(jì)下面是一個(gè)個(gè)通過(guò)查詢由由 HYPERLINK /icstock/151/ATMEGA16.html atmegga16單片片機(jī)向X92221發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)的例程，在在這個(gè)例程中中需要注意的的是TWINNT標(biāo)志利用用軟件寫(xiě)11進(jìn)行清零零(清除硬件件置位標(biāo)志)，而當(dāng)前發(fā)發(fā)送完成后由由硬件自動(dòng)將將TWINTT標(biāo)志置11，TWIINT標(biāo)志是是不能通過(guò)硬硬件清零的；每次通過(guò)檢檢查TWINNT標(biāo)志判斷斷當(dāng)前發(fā)送是是否完成，通通過(guò)讀取狀態(tài)態(tài)寄存器TWWSR的值判判斷發(fā)送的數(shù)數(shù)據(jù)是否正確

16、確。STARTT：LDI RR16，$AA4；設(shè)置AAVR單片機(jī)機(jī)I2C總線線控制寄存器器OUT TTWCR，RR16；軟件件清除TWIINT標(biāo)志W(wǎng)WAIT1：IN R116，TWCCR；讀取控控制寄存器TTWCRSBRS R16，77；等待硬件件置位TWIINT標(biāo)志RJMP WAIT11；TWINNT標(biāo)志沒(méi)置置位，循環(huán)檢檢查等待IN R116，TWSSR；讀取狀狀態(tài)寄存器TTWSRANDI R16，$F8；屏蔽蔽無(wú)效位CPI RR16，$008：檢查STARTT信號(hào)是否否發(fā)送成功BRNE HYPERLINK /stock/E/ERROR.html ERRORR；STAART信號(hào)號(hào)發(fā)送未成功功

17、，轉(zhuǎn)入出錯(cuò)錯(cuò)處理LDI RR16，$556；發(fā)送XX9221器器件地址566=5器器件標(biāo)識(shí)，6器件地地址OUT TTWDR，RR16LDI RR16，$884OUT TTWCR，RR16；軟件件清除TWIINT標(biāo)志IN R116，TWSSRANDI R16，$F8CPI RR16，$118；檢查XX9221器器件地址是否否發(fā)送成功BRNE ERRORR；X92221器件地址址發(fā)送未成功功，轉(zhuǎn)入出錯(cuò)錯(cuò)處理LDI RR16，$22F；設(shè)置所所發(fā)送的數(shù)據(jù)據(jù)(0633有效，例中中為47)OUT TTWDR，RR16；數(shù)據(jù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)據(jù)寄存器TWWDRLDI RR16，$884OUT TTWCR，RR1

18、6；軟件件清除TWIINT標(biāo)志；檢查數(shù)據(jù)2F是否否發(fā)送完成，類類似于上述循循環(huán)繼續(xù)LDI RR16，$994；發(fā)送STOP信號(hào)，一次次$2F數(shù)據(jù)發(fā)送完完成OUT TTWCR，RR16ERRORR：；出錯(cuò)處理過(guò)過(guò)程END在此例程中中，器件的地地址對(duì)X92221來(lái)說(shuō)為為56，其中中5是器器件本身固有有的以區(qū)別于于其它類型的的設(shè)備，而6是設(shè)計(jì)計(jì)硬件時(shí)規(guī)定定的，可以是是0F任何十六進(jìn)進(jìn)制數(shù)值；例例程中AVRR單片機(jī)僅作作為主機(jī)使用用且向X92221發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)，其實(shí)從從X92211中讀取當(dāng)前前數(shù)據(jù)也是一一樣的。本例例程采用查詢?cè)兎绞?，程序序顯得繁瑣，但但是如果采用用中斷方式的的話，程序就就會(huì)顯得簡(jiǎn)單單多

19、，只要標(biāo)標(biāo)志SREGG寄存器中I位和II2C總線控控制寄存器中中的TEWWIE置1，即中中斷使能有效效，當(dāng)TWWINT標(biāo)標(biāo)志置1立即產(chǎn)生中中斷請(qǐng)求，表表明完成當(dāng)前前數(shù)據(jù)發(fā)送完完成，可以準(zhǔn)準(zhǔn)備下一個(gè)字字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送送或停止發(fā)送送等操作。4 X92221可編程程數(shù)字電位器器在半導(dǎo)體專專用設(shè)備一些些應(yīng)用研究4.1用于于測(cè)量微小電電壓變化圖4是微小小電壓測(cè)量電電路模型，用用于芯片鍵合合設(shè)備中去檢檢測(cè)吸頭上是是否有芯片吸吸附以及吸頭頭是否堵塞、或或者芯片是否否丟失等現(xiàn)象象。當(dāng)內(nèi)徑為為大約0.110.155 mm的吸吸頭去吸附一一個(gè)小芯片時(shí)時(shí)，如果芯片片較透明，光光敏 HYPERLINK /product/

20、file471.html 傳感器檢測(cè)出出來(lái)的電壓變變化較小，一一般在1050 mVV間；同樣當(dāng)當(dāng)吸頭吸附一一個(gè)小芯片時(shí)時(shí)，氣路真空空的壓力也會(huì)會(huì)產(chǎn)生變化，這這種壓力的變變化以傳感器器電壓變化輸輸出。為了改改變電位器中間抽頭以便與傳感感器檢測(cè)輸入入電壓相匹配配，計(jì)算機(jī)通通過(guò) HYPERLINK /icstock/970/RS232.html RS2332接口向單單片機(jī)發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)，單片機(jī)機(jī)收到數(shù)據(jù)后后轉(zhuǎn)發(fā)給X99221可編編程數(shù)字電位位器以改變基基準(zhǔn)電壓值。比比較基準(zhǔn)電壓壓U+按下下式確定：U+是 HYPERLINK /icstock/392/LM393.html LLM393運(yùn)運(yùn)放同相輸入入端電

21、壓(在在這種狀態(tài)下下，考慮到前前級(jí)傳感器輸輸出基本上處處于放大狀態(tài)態(tài)，所用傳感感器電源電壓壓為+5 VV，最高輸出出電壓按3.5 V計(jì)算算)N是0663共64種種狀態(tài)變化值值，那么，當(dāng)當(dāng)U+從003.5 V變化時(shí)，最最小分辨率可可以達(dá)到555 mV左右右，用手工進(jìn)進(jìn)行一般電位位器調(diào)節(jié)達(dá)到到這樣的分辨辨率是難以掌掌控的?；鶞?zhǔn)電壓(即U+)通過(guò)機(jī)器的的人機(jī)界面可可以直接調(diào)調(diào)節(jié)，如果果將電位器數(shù)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)定定，隨時(shí)還可可以看到當(dāng)前前的基準(zhǔn)電壓壓大小。傳感感器輸出電壓壓與基準(zhǔn)電壓壓比較，使電電壓 HYPERLINK /product/searchfile/4176.html 比較器輸出反反應(yīng)當(dāng)前的狀狀

22、態(tài)，不同的的時(shí)刻高低電電平代表不同同的意義，如如吸頭阻塞塞、芯片片丟片、真空不足等。4.2測(cè)量量微小電流變變化圖5是微小小電流測(cè)量電電路模型，用用于引線鍵合合設(shè)備中去檢檢測(cè)斷線、連連線、短路等等情況，被測(cè)測(cè)器件是一個(gè)個(gè)半導(dǎo)體元件件，當(dāng)在焊盤盤上鍵合上一一根金線時(shí)，通通過(guò)檢測(cè)漏電電流來(lái)判斷這這條金線與芯芯片鍵合過(guò)程程中是否存在在斷線、連線、短路等情情況。計(jì)算機(jī)機(jī)通過(guò)界面操操作發(fā)送指令令以改變X99221可編編程數(shù)字電位位器的阻值，進(jìn)進(jìn)而改變電壓壓源的放大倍倍數(shù)以改變加加在被測(cè)元件件的電壓，從從而達(dá)到適應(yīng)應(yīng)不同品種的的半導(dǎo)體器件件性能要求。設(shè)： HYPERLINK /product/searchfile/3764.html 信號(hào)源源的輸出為UUs，運(yùn)放 HYPERLINK /icstock/391/LM324.html LLM324輸輸出為U0，XX9221電電阻為Rx，被被測(cè)元件阻抗抗為Rz，被被測(cè)元件流過(guò)過(guò)的漏電流為為I0，則用用以下兩個(gè)表表達(dá)即可表達(dá)達(dá)它們之間的的關(guān)系：通過(guò)主機(jī)界界面改變Rxx可編程電阻阻值，即可以以改變U0，UU0的改變等等于改變了II0，而I00的改變等于于改變了流過(guò)過(guò)被測(cè)器件的的最大允許電電流，從而保保護(hù)了被測(cè)器器件不會(huì)因?yàn)闉闄z測(cè)漏電流流而損壞，通通過(guò)檢測(cè)被測(cè)測(cè)器件上施加加的電壓和UU0之差值即即可判斷