数字电位器在某型导弹生产调试中的应用

摘　要：摘 要：针对使用机械电位器实现的某型导弹批生产电路调试系统所存在的问题，设计了一种以数字电位器为核心的新的调试系统，增加了电路调试的灵活性和准确性，提高了生产交付效率。

关键词：关键词：数字电位器，导弹，电路调试

中图分类号：TP29    文献标识码：    文章编号：
1.引言
    随着技术的进步，空空导弹虽然数字化程度不断提高，但仍然有大量的功能必须使用模拟电路来实现。模拟器件由于参数的离散性，在批生产中必须针对每发产品进行电路功能调试以确定其最佳工作点。电路调试均为人工方式，机械式电位器被大量使用。
    机械式电位器存在机械磨损、电阻漂移、对振动和湿度敏感、寿命短等缺点。使用数字电位器代替机械电位器可有效克服其存在的缺点。数字电位器是一种新型的CMOS数字、模拟混合信号处理集成电路。本文拟采用ADI公司的AD8403数字电位器实现高可靠性的实时电路调试系统。
2.方案设计
    本调试系统采用单片机（MCU）控制数字电位器改变阻值的方式实现。数字电位器与被调试电路直接连接，MCU通过向数字电位器控制寄存器写入控制字，改变数字电位器中间抽头的阻值。为了能使数字电位器快速达到根据经验确定的预置值以及实时显示数字电位器的当前值，还需要增加输入和显示电路。整个系统设计框图如图1所示。
 
图1 调试系统组成框图
3.数字电位器AD8403的原理
    AD8403是一种4通道，256阶非易失性数字电位器，是一种特殊的数/模转换器（DAC），输出量并非电压或电流，而是电阻或电阻比率，因此数字电位器又称为RDAC。AD8403由输入部分、非易失性存贮器和电阻阵列三部分组成，内部含有4个独立的RDAC，采用24引脚PDIP封装形式。每个独立的RDAC具有两个固定的端点A、B和一个滑动触点W。固定端点A、B之间的电阻可选1K、10K、50K、100K。滑动触点距固定端点的位置可通过编程方式控制。AD8403的功能框图如图2所示。
 
图2 AD8403功能框图
    AD8403内部每个RDAC都有独立的锁存器，用以控制和保持滑动端输出电阻值。锁存器的数据字通过SPI串行端口输入。AD8403包含一个标准的三线SPI端口，三条输入线是时钟（CLK）、片选（(CS) ̅）以及串行数据输入（SDI），时钟上升沿有效，将数据置入寄存器。
    AD8403在时钟脉冲作用下将10位串行数据通过SDI脚输入。10位数据字的格式为： A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0，其中A1A0 是地址位，其四种状态00、01、10、11分别对应内部4个RDAC。使用10MHz时钟时，可在4μs（10×4×100ns）内将4个RDAC的数据装订完成。通过复位引脚（(RS) ̅）可在上电期间或工作期间将电位器复位到中位值（80H），通过电源待机引脚（SHDN），使4个RDAC置于零功耗状态，这时AX端开路，而滑动触点WX接到BX端，此时仅产生微小的漏电流。在待机方式下，内部RDACX锁存器保存设置的数据，以便从电源待机方式返回到工作方式时RDACX的输出恢复到待机之前的值。
    AD8403可工作在可变电阻器和分压器两种方式下。本系统使用可变电阻器方式。电位器A端开路,滑动触点W将RDAC的阻值分为256阶，对RDAC锁存器的8位数据字译码后可确定W相对于B端的阻值，其计算公式为：
R_WB=D/256×R_AB+R_W
其中D为RDAC的8位寄存器数据的十进制格式；
    R_AB为A、B端的端电阻，本调试系统选为10K；
    R_W=50Ω，当滑动端位于B端的零点时，存在一个50Ω的电阻。
根据上述公式计算，可得到10K端电阻的AD8403分辨率为39Ω。本导弹调试系统要求分辨率小于10Ω，使用单个电位器无法满足要求，可使用并联4路电位器的方式降低阻值上限从而提高分辨率，电位器并联如图3所示。
 
图3 以并联方式提高电位器分辨率
    通过并联4路的方式，分辨率变为单路分辨率的1/4，亦即39/4=9.75Ω，同时阻值上限降为10/4=2.5K。如果该阻值上限无法满足调试系统需要，可以采用串联固定电阻的方式进行扩充。通过并联的方式，也提高了允许通过AD8403的电流值上限。
 数字电位器AD8403的应用 
 硬件设计
图4示出了使用AD8403构建某型导弹电路实时调试系统的电路原理图。
 
图4调试系统电路原理图
     数字电位器控制模块的单片机选用的是ATMEL公司的AT89S52。该芯片是一种低功耗、高性能8位CMOS微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，引脚完全与MCS-51单片机兼容。由于该芯片没有SPI总线接口，所以只能使用I/O端口进行构造，通讯协议以软件方式实现。AD8403的CLK、(CS) ̅ 、SDI分别连接单片机的P2.2、P2.3、P2.4口线。
     为了使AD8403的输出电阻快速达到需要的值，本调试系统使用4×4行列式键盘进行数值输入。其中定义K0～K9为数字键，K10为小数点键，K11～K15为功能键，按下功能键，可以完成系统定义的特定功能。其中K11为阻值向上增加一档“↑”键，K12为阻值向下减少一档“↓”键，K13为删除“←”键，K14为菜单“Menu”键，K15为确定“Enter”键。按键的识别采用扫描法，逐列设置低电平，其余列设置高电平，检查行线电平的变化，判断按下的键所处的行线。
     为了直观显示AD8403当前的输出电阻值，使用点阵LCD显示器SMC1602A作为显示模块。该液晶显示器可以实现英文字母、数字和符号的显示，可以显示两行字符，每行显示16个字符，采用8位并行数据传输与单片机进行连接。通过初始化对其工作方式进行设置，每写入一个字节的命令或数据后，都需要对其忙标志BF进行判断，等待忙标志重新变低后，才能再次传送新的指令或数据。
4.2 软件设计
    本调试系统的软件编程主要包括以下几个部分:
     AD8403输出电阻设置：单片机通过软件模拟SPI总线向AD8403数据寄存器中写入数据。AD8403要求必须在片选线(CS) ̅为低电平时，时钟线CLK连续出现10个上升沿，将相应的10位SDI数据送入数据寄存器，并在(CS) ̅的上升沿将数据送入到装在寄存器。
     键盘按键的处理：当CPU检测到按键被按下时，扫描识别的键号，如果是数字键则进行AD8403数据更新。如果是其他功能按键则调用对应的子程序。其他功能子程序还包括：输入撤销、AD8403上电初值设置、单步增减阻值的步长设置、外接固定电阻初值设置。上述功能的设置可以通过“Menu”键进行切换调用。
     1602显示模块的刷新：1602用于显示当前AD8403的设置值、调试系统总阻值、功能按键的设置值。
软件流程如图5所示。
 
图5
 结束
    本文设计的调试系统已经使用在某型导弹的批生产中，增加了调试的灵活性，提高了生产交付效率，取得了良好的效果。

参考文献：
[1] 宋大雷,张东来,徐殿国.数字电位器的工作原理及应用[J],电气自动化,1999（1）:58-60.
[2] 谢红,李江华.数字电位器AD8403在桥路信号本文设计的调试系统已经使用在某型导弹的批生产中，增加了调试的灵活性，提高了生产交付效率，取得了良好的效果。