В широко распространенной в настоящее время аналоговой радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) все чаще используют элементы цифровой техники, особенно в узлах, имеющих низкую надежность. Одним из самих надежных элементов РЭА являются переменные резисторы (потенциометры). Ряд фирм разработали широкую номенклатуру цифровых потенциометров, однако такие элементи требуют для своей нормальной роботы микропроцессорное управление, т.е. необходимо использовать микроеонтроллеры (МК). Учитывая далеко не всегда низкую стоимость как МК, так ицифровых понтециометров, актуальной является задача разработки простых дешевых цифровых регуляторов на основе самих микроконтреллеров.
Как известно, потенциометр представляет собой регулируемый делитель напряжения и содержит два плеча: верхнее и нижнее. В рассматриваемой в этой статье конструкции верхнее плечо каждого делителя имеет постоянное сопротивление, а сопротивления нижнего плеча изменяется переключением резисторов (на корпус) с помощью МК (рис.1).
Принципиальная схема простого двухканального цифрового потенциометра на основе недорогого микроконтроллера PIC16F628A показана на рис.2. Его можно использовать в качестве стереофонического регулятора громкости.
Для переключения резисторов нижних плеч делителей для одного канала цифрового потенциометра используются 6 линий порта А, для другого-6 линий порта В. К выводам портов А и В подключено по шесть точных резисторов R1-R6 и R7-R12 причем номиналы соседних резисторов отличаются в два раза. Учитывая, что используемых резисторов шесть, образуемый ими переменный резистор может иметь 64 положения «движка». Изменения сопротивления нижнего плеча каждого делителя, при выбранных номиналах резисторов, находится в приделах от 5 до 316 кОм.
При использовании точных (или точно подобранных) резисторов R1-R12 регулировки может быть не хуже, чем в промышленных образцах цифровых потенциометров, например, МСР4021. Плавное изменение коэффициентов деления в обоих каналах осуществляется нажатием кнопки S1 путем плавного увеличения или уменьшения цифрового кода, обеспечивающего переключения резисторов нижних плеч делителей . С помощью кнопки S2 осуществляется регулировка стереобаланса.
Основной сложностью при разработке программы для контроллера было то, что выводы портов А и В нужно постоянно переформатировать то как входы, то как выходы. Причем при работе линий портов в режиме выходов необходимо программно выставлять на них только уровни лог. «0». Если кроме лог. «0» на выводы портов поступит уровень лог. «1» ,то потенциалы на аналоговых выходах устройства будут формироваться непредсказуемым образом.
Алгоритм работы МК выбран так, что при каждом последующем нажатии кнопки меняется направление регулировки (интервалы времени между нажатиями кнопок выбирают опытным путем). Во время удержания кнопки коды плавно изменяются (увеличиваются или уменьшаются). После отпускания кнопки значение кодов сохраняются.
Устройство может использоваться в самых разнообразных радиоэлектронных устройствах: генераторах, радиоприемных и передающих устройствах, устройствах автоматики, измерительных устройствах, а также усилительных устройствах в качестве сдвоенного цифрового переменного резистора и регулятора баланса в стереофонической звуковоспроизводящее аппаратуре.
Разработанное устройство может использоваться также в системах автоматического регулирования усиления (АРУ). Для этого его необходимо дополнить масштабирующим усилителем, диодным выпрямителем и компаратором. Принципиальная схема такого цифрового потенциометра показана на рис.3.
Если уровень входного сигнала компаратора превысит уровень, заданий переменим резистором R23, то компаратор срабатывает, и на его выходе появится постоянное положительное напряжение.
Порог срабатывания компаратора ОР2 (а также необходимое усиления сигнала) регулируют переменным резистором R23. Слежение за уровнем сигнала происходит автоматически. Изначально код увеличивается, а после срабатывания компаратора начинает уменьшатся , а затем наоборот. Этот регулятор может найти применение в различных устройствах, в том числе измерительных. Особенность такой цифровой АРУ- отсутствие дополнительного увеличение коэффициента нелинейных искажений , связанного с цепями регулировки в аналоговых системах.
Резисторы R1-R12 в схемах рис.1 и рис.2 должны быть точнее, например, типа С2-29В. Можно использовать резисторы близкого номинала, но при этом обязательно соответствующие резисторы в одном и втором каналах должны быть одинаковые. Допустимо использовать и обычные резисторы , но их обязательно нужно подбирать. Конденсаторы С1-С4 лучше использовать неполярные оксидные или пленочные. Входные провода нужно экранировать.
Напряжение питания устройства +5 В. Регулятор разработан так, что он работает в режиме микропотребления (внутренний встроенный генератор микропроцессора, низкая тактовая чистота – 37 кГц при токе потребления 15 мкА). Поэтому устройство может быть оформлено в виде автономного малогабаритного блока, который можно включить в разрыв соединительного сигнального кабеля. Это значительно расширяет область использования устройства. Оно может использоваться как в качестве встроенного узла, так и совместно с давно используемыми усилителями. При этом штатные регуляторы громкости этих усилителей можно не использовать.
Недостаток устройства: сопротивления не доходит до 0, но, по мнению автора этот недостаток не является существенным. Однако приделы регулировки можно уменьшить до 2,5 кОм путем использования дополнительного седьмого резистора номиналом 5 кОм, при этом «переменный» резистор будет 128 положений, однако программу можно откорректировать. Кто в этом разбирается, может сделать это сам. Если использовать 28-выводный МК типа РІС16F876A, то можно использовать и по восемь резисторов, такой потенциометр будет иметь 256 положений.
Для сравнения заметить, что серийно выпускаемые цифровые потенциометры обычно имеют 64 положения, а минимальное сопротивление у них составляет 1,2 кОм( при максимально возможном — 316 кОм)При желанию можно расширить возможности и удобство использования устройства. Если вывод 3 МК через резистор номиналом 10 кОм подключить к +5 В, то на нем появятся импульсы прямоугольной формы звуковой частоты амплитудой размахом 5 В. Подав эти импульсы через делитель напряжения к выходам устройства, получим звуковую сигнализацию, которая будет работать при нажатии кнопок.
Файлы программы прошивки процессора с АРУ называются Regulator 1.asm и Regulator1.hex.
Источник: Радиоаматор №7-8, 2014
Автор: Александр Саволюк , г.Киев
