I2C总线数字电位器原理及与单片机的接口设计

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：