描述

帶 Arduino 和 X9C104 數字控制電位器 (XDCP) 的偽鎖相環

該項目展示了如何使用帶有 X9C104 的 Arduino 來實現頻率發生器，以便使用反饋回路優化頻率。這是 PLL 電路中使用的原理。

該項目展示了 X9C104 IC 如何由 Arduino 控制并在帶有 555 定時器電路的反饋回路中使用以輸出用戶所需的輸入頻率。通過使用連接到 Arduino 中斷的反饋回路將此頻率設置為接近輸入。

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顯示中斷反饋的完整電路

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電路的簡化框圖如下所示：

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整體框圖

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基本操作原理：

• 用戶通過 Arduino 串行監視器輸入所需的頻率。
• Arduino 接受輸入并將 X9C104 編程為初始設置
• 555定時器電路中的X9C104電阻調節振蕩頻率
• 產生的方波被反饋到 Arduino 中斷（引腳 2）
• 使用中斷處理例程，確定方波的頻率
• 將該頻率與要求的頻率進行比較并對 X9C104 進行調整
• 再次測量頻率并執行第二次優化
• 555 定時器輸出方波的頻率穩定到用戶在步驟 1 中設置的值

X9CXXX 數控電位器 (XDCP)

X9CXXX 集成電路由 Intersil（最近被 Renesas Corporation 收購）制造，代表其數字控制電位器系列。該裝置包括電阻陣列、控制部分和非易失性存儲器。陣列的電阻由三線數字接口控制。

來自 Intersil 數據表的框圖：

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X9CXXX 框圖

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該器件可用作二端可變電阻器或三端電位器。它包括非易失性存儲器，可在掉電時保存最后一個電阻值，并在隨后的上電時將電阻器陣列設置為此值。

滑動器位置的控制以及電阻由三個數字輸入決定：

• 通過將 CS 拉低來選擇設備。
• 向上/向下 (U/D) 的狀態決定了滑動端是靠近 Vh/Rh 還是靠近 Vl/Rl。
• 每次 INC 被拉低然后返回高電平時，滑動器移動一步。
• 滑動器有 100 個可能的位置 (0 – 99)，允許以總阻力的 1% 為增量步長。
• 當游標到達頂部或底部（Vh/Rh 或 Vl/Rl）時，它不會再移動，也不會環繞到另一個極端。

重要的是要記住，對于每個 INC 周期，滑動器移動一個增量。擦拭器不能跨越多個步驟。這意味著從第 10 步移動到第 20 步需要 10 個 INC 周期。

Vh 和 Vl 不能超過 Vcc 和 Vss。

可在 Renesas 網站上找到設備的完整規格。

項目電路

本項目中使用的 555 定時器電路是標準的非穩態振蕩器。有多篇文章記錄了該電路的工作原理，快速搜索即可找到相關說明。

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電路圖

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在高層次上，操作如下：

• 引腳 7 為高電平時，電容器 C1 通過 R1 和 X9C104 中的可變電阻器充電
• 在某個閾值電壓下，555 定時器內部觸發器 s1 開關和引腳 7 變為低電平
• 然后電容 C1 通過 X9C104 中的可變電阻放電。
• 在較低的閾值電壓下，55 定時器內部觸發器切換回來并重復該循環。

頻率和占空比的公式如下：

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頻率和占空比

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此處使用的電路中，R2 為 100 kΩ(X9C104)，R1 為 1 kΩ。由于存在差異，電路的頻率和占空比實際上由 R2 的值設置，除非 R2 的值非常低。這意味著可以忽略 R1，頻率方程可以簡化為：

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簡化的頻率方程

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要計算將導致所需頻率變化的電阻變化，一些數學將顯示

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三角電阻

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選擇 R1、R2 和 C1 的值，以便電路生成可聽頻率范圍內的方波。

本文開頭的照片顯示了物理電路。

Arduino 中斷

Arduino 板核心的 ATmega328P 接受中斷。有效中斷會停止當前程序流并啟動中斷服務例程，該例程會在將控制權交還給先前的程序流之前完成一些操作。

有關 Arduino 中斷的詳細說明，請參閱 Arduino 語言參考和Nick Gammon 撰寫的精彩文章

請注意，Arduino 指令集中可用的一些標準函數（例如 delay() 和 millis()）將無法在中斷服務例程中運行，因為這些函數依賴于中斷本身來運行。

在 Arduino 代碼中，使用 attachInterrupt() 命令打開中斷。本項目使用的命令具體版本如下：

attachInterrupt( digitalPinToInterrupt(interruptPin), trig_detected, RISING );

interruptPin 指定 Arduino 上接受中斷的數字引腳，trig_detected 是處理中斷的中斷服務程序 (ISR)，RISING 是觸發中斷的狀態變化。

中斷完成其功能后，可以使用以下方法將其關閉：

detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin))

在這個項目中，由于我們使用方波觸發中斷，每次從低 (0V) 到高 (5V)（上升波形）的轉換都會導致 trig_detected 啟動。

這個項目的Arduino代碼

他的代碼使用了 Arduino 的 Fast X9CXXX 庫。該庫可在 GitHub 上找到：

https://github.com/GitMoDu/FastX9CXXX

在編譯代碼之前，請確保代碼已下載并包含在您的 Arduino 庫文件夾中。

該功能的整體流程在簡介中進行了描述。

程序的設置部分使用 Arduino 的引腳 3、4 和 5 啟動 X9C104 對象。電位器設置為 50 步（中途）。

主循環等待用戶通過串口監視器輸入；此輸入必須是所需的頻率。由于此項目的設計，輸入頻率可以在 80 Hz 和 550 Hz 之間，并作為單個數字輸入（例如 80 或 550）。如果改變C、R1和R2的值，將產生不同的頻率。

一些附加說明：

• 代碼中的中斷服務程序（ISR）稱為void trig_detected()。它返回從 micros() 派生的兩個值，然后將這兩個值相互相減以獲得中斷事件之間的持續時間。該持續時間是方波頻率的倒數。
• 方波持續時間的 12 個樣本被獲取并存儲在一個數組 (trigArray) 中。計算最后 10 個的平均值。
• 這些頻率用于計算 ΔR 值，該值用于設置電位器值。
• 執行兩個調諧例程以使頻率等于輸入值。

最后的話

電路的頻率測量是在各種輸入值下進行的。結果列于下表：

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結果

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當然，該電路存在固有的局限性。主要限制是電位器的步進性質。由于頻率到電阻的方程式，單個電位器步進會導致較高頻率下的寬頻率跳變。

此外，在 ISR 中使用 micros() 可能無法在不同頻率下工作。使用定時器寄存器可以解決這個問題。

但是一個具有多個應用程序的有趣項目。