一、數(shù)字電位器簡介

數(shù)字電位器是一種可由數(shù)字信號控制的電位器，當前使用范圍十分廣泛，區(qū)別于滑動、機械調節(jié)的電位器，而是屬于集成電路，優(yōu)點主要有：可以進行細調，調節(jié)精度高，無機械磨損，壽命高; 缺點：不能對阻值連續(xù)調整，只能按芯片位數(shù)的最小間隔調整。

數(shù)字電位器最終控制的是阻值的變化，依據(jù)此性能可以在不同的原理下，實現(xiàn)分壓、電流控制、增益控制、信號控制、偏移調整等應用。

二、FPGA硬件設計

2.1 以AD5174BRMZ-10為例

AD5174BRMZ-10是一款1024位的，10K數(shù)字電位器，SPI接口。 功能框圖如下：

芯片各引腳功能介紹如下：

2.2 原理連接

右端3個信號連入到FPGA引腳，左端SIG_OUT是數(shù)字電位器電阻輸出端。

三、FPGA代碼設計

3.1 芯片手冊代碼使用信息匯總

由數(shù)字電位器芯片時序要求中下圖紅框內需求，可得FPGA的PLL最小時鐘需要在100MHz。

由芯片寄存器內容要求，可知每次需要在SPI中寫入16位數(shù)據(jù)，分別是：00+控制位(4bits)+數(shù)據(jù)位(10bits)

由芯片寫時序框圖中，可知，SPI數(shù)據(jù)在時鐘下降沿寫入。

芯片SPI讀的功能與實現(xiàn)，本文未涉及。

由命令真值表，可得各功能對命令的操作，本文主要介紹對數(shù)字電位器的寫入操作，所以使用以下兩條命令：

第1條:串行數(shù)據(jù)寫入到RDAC寄存器，用于控制芯片電阻值輸出。

第7條:串行數(shù)據(jù)寫入到控制寄存器，對芯片進行設置。

由控制寄存器位映射，可得相應位的設置功能。

3.2 FPGA的SPI數(shù)據(jù)設計

先進行BLOCK的設計，輸入部分根據(jù)實際應用的平臺工程而定，輸出則是與數(shù)字電位器連接的SPI口。

時鐘的輸入各位可以定義constant，std_logic_vector(71 downto 0)，共72位，其中包括：

起始00(2bits)+控制字時鐘(32bits)+分隔位(4bits)+設置數(shù)據(jù)時鐘(32bits)+結束00(2bits)

例：001010101010101010101010101010101000001010101010101010101010101010101000

片選相應各位同時鐘定義，在起始、分隔、結束時為高，其它數(shù)據(jù)傳輸為有效低電平

例：100000000000000000000000000000000011100000000000000000000000000000000011

數(shù)據(jù)輸入定義同時鐘定義，詳細如下：

控制字輸入36位：

起始00(2bits)+ 補充兩位0(4bits)+控制字0111(8bits)+ 10位數(shù)據(jù)(20bits)+結束00(2bits)

此處注意，之所以每位數(shù)據(jù)，在代碼中用了2個bits，是為滿足FPGA模擬出的時鐘高低電平對應的數(shù)據(jù)都有保持。

例：000000001111110000000000000000111100

數(shù)據(jù)輸入36位：

分隔無效位(6bits)+控制字0001(8bits)+10位數(shù)據(jù)(20bits)+結束00(2bits)

例：00000000000011“R9R9R8R8R7R7R6R5R5R4R4R3R3R2R1R1R0R0”&“00”

3.3 波形測量

3.4 驗證

根據(jù)數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，結合原理分壓情況，可得理論值，與實際測量比較可以進行確認。 需要注意的事，在0標度情況下，數(shù)字電位器AD5174BRMZ-10有120Ω的電阻限制。

數(shù)字電位器輸出電阻Ro計算公式如下：

輸出電壓Vo的計算公式如下：