单片机制作中的数字电位器X9241与PIC单片机的接口及程序设计

相关电路图：

作 者：　辽宁工程技术大学 吕振 刘宝良 徐崇丽

1、 X9241概述

　　X9241是XICOR公司生产的、把4个E2POT数字电位器集成在单片的CMOS集成电路上的一种数字电位器。它包含4个电阻阵列，每个阵列包含63个电阻单元，在每个单元之间和2个端点之间都有被滑动单元访问的抽头点。滑动单元在阵列中的位置由用户通过2线串行总线接口控制。每个电阻阵列与1个滑动端计数寄存器（WCR）和4个8位数据寄存器联系在一起。这4个数据寄存器可由用户直接写入和读出。WCR的内容控制滑动端在电阻阵列中的位置，其功能框图如图1所示。

2、 X9241工作原理

　　X9241支持双向总线的定向规约，是一个从属器件。它的高4位地址为0101（器件类型辨识符），低4位地址由A3~A0输入端状态决定。在SDA线上的数据只有在SCL为低期间才能改变状态。当SCL为高时，SDA状态的改变用来表示开始和终止条件（开始条件：SCL为高时，SDA由高至低的跳变；终止条件：SCL为高时，SDA由低至高的跳变）。送给X9241的所有命令都由开始条件引导，在其后输出X9241从器件的地址。X9241把串行数据流与该器件的地址比较，若地址比较成功，则作出一个应答响应。送到X9241的下一个字节包括指令及寄存器指针的信息，高4位为指令，低4位用来指出4个电位器中的1个及4个辅助寄存器中的1个，其格式为：

I3 I2 I1 I0　　　　　　P1 P0 　　　　　　R1 R0
　指 令　　　　　　　电位器选择 　　 　寄存器选择

　　9条指令中的4条以发送指令字节作为结束。这些二字节指令在WCR与数据寄存器中的1个之间交换数据；4条指令为三字节指令，这些指令在主机与X9241之间传输数据（包括主机与1个数据寄存器和主机与WCR之间）；还有1条指令为增加/减少指令。三类指令的指令序列及说明见图2及表1。

　　X9241包括4个WCR，每个E2POT电位器各1个，WCR可以被认为是一个6位并行和串行装载的带有输出译码的计数器，用来选择电阻阵列的64选1的开关。WCR是一个易失性存储器，若断电，其内容即消失。该存储器在上电时自动装入R0的值，但必须注意这个值可能与断电时WCR中的值不同。

　　每个电位器有4个非易失性数据寄存器。这些寄存器可以被主机直接读出或写入，而且数据可以在4个数据寄存器的任一个和WCR之间传输。任何改变这些寄存器的操作都是非易失性的操作，将花去10 ms的时间（最大）。

　　X9241的电阻阵列之间可以串联。在三字节指令中，其数据字节包括用来定义滑动端位置的6位（LSB）加上高两位：CM（串联方式，其为0时电位器正常工作；其为1时，电位器与它相邻的高序号的电位器串联连接）和DW（禁止滑动端，其为0时滑动端使能；为1时滑动端被禁止，此时滑动端是电气上隔离的并且是浮空的）。当工作于串联方式时，被串联的阵列的VH、VL及滑动端这三个输出端必须在电气上与外部连接，除了一个滑动端以外，其余的滑动端必须禁止。串联后的电阻阵列如图3所示。

3、 X9241与PIC16CXX单片机的接口及程序清单

　　图4为PIC16C72与X9241的接口电路。与此对应，给出了所有X9241命令操作的程序清单。在此程序中，MAIN为一主程序。在MAIN中，将43写入E2POT#2的WCR（即滑动端位置为#43）。然后将滑动端抽头位置减少15个脉冲的位置，这使得被选定的WCR减少到值28（即滑动端位置为#28）。随后发出的其它命令也都是相同的过程，清单中不再赘述。

4、程序清单：

程序清单（单片机为PIC16C72，晶振为4M）：
STATUS EQU 03H ；PIC16C72内部特殊
C EQU 0 ；功能寄存器及标志位
PORTC EQU 07H
TRISC EQU 87H
COMMAND EQU 24H
ID EQU 25H ; 0 0 0 0 P1 P0 R1 R0
ADDR_BYTE EQU 26H; 0 1 0 1 A3 A2 A1 A0
DATA_BYTE EQU 27H ;CM DW D5 D4 D3 D2 D1 D0
PULSES EQU 28H ;DIR X D5 D4 D3 D2 D1 D0
CASE EQU 29H
COUNT EQU 2BH
TEMPP EQU 2CH
CLOCK MACRO ；时钟
NOP ；LET SDA SET-UP
BSF PORTC，6 ；SCL=1
NOP
NOP
NOP
BCF STATUS，C ；0送C
BTFSC PORTC，7 ；SDA=0？
BSF STATUS，C ；NO，1送C
BCF PORTC，6 ；SCL=0
ENDM
SEND_BIT MACRO
BCF PORTC, 7 ；0送SDA
BTFSC TEMPP, 7 ；TEMPP.7=0?
BSF PORTC, 7 ；NO,1送C
CLOCK ；时钟
ENDM
START_COND MACRO ；开始条件
BSF PORTC，7 ；SDA=1
BSF PORTC，6 ；SCL=1
NOP
NOP
NOP
NOP
BCF PORTC，7 ；SDA=0
NOP
NOP
NOP
NOP
BCF PORTC，6 ；SCL=0
ENDM
STOP_COND MACRO ；终止条件
BCF PORTC, 7 ；SDA=0
BSF PORTC, 6 ；SCL=1
NOP
NOP
NOP
NOP
BSF PORTC, 7 ；SDA=1
ENDM

ORG 0
GOTO MAIN ；转主程序
INTERPRET：
MOVF COMMAND，W；
ADDWF 2
FIRST：
CALL READ_WCR ；COMMAND ‘0’
RETURN ；读WCR
CALL WRITE_WCR；COMMAND’2’
RETURN ；写WCR
CALL READ_DR ；COMMAND’4’
RETURN ；读寄存器
CALL WRITE_DR ； COMMAND’6’
RETURN ；写寄存器
CALL XFR_DR ；COMMAND’8’
RETURN ；数据寄存器至WCR（单个）
CALL XFR_WCR ； COMMAND’0AH’
RETURN ； WCR至数据寄存器（单个）
CALL GXFR_DR ； COMMAND’0CH’
RETURN ； 数据寄存器至WCR（全部）
CALL GXFR_WCR ； COMMAND’0EH’
RETURN ； WCR至数据寄存器（全部）
CALL INC_WIPER ； COMMAND’10H’
RETURN ；增加/减小指定的WCR
INSTR_GEN：
START_COND ； 开始条件
MOVF ADDR_BYTE, W ；送地址字节
CALL SEND_BYTE
MOVF ID, W ；送命令字
CALL SEND_BYTE
MOVF CASE, W ；根据CASE值散转
ADDWF 2
GOTO CASE0
GOTO CASE1
GOTO CASE2
GOTO CASE3
GOTO CASE4
GOTO CASE5
READ_WCR：
MOVLW 90H ；高四位为命令与ID组
IORWF ID, 1 ；合成新ID，读WCR
CLRF CASE ； CASE=0
CALL INSTR_GEN
RETURN
WRITE_WCR：
MOVLW 0A0H ；写WCR
IORWF ID, 1
MOVLW 1
MOVWF CASE ；CASE=1
CALL INSTR_GEN
RETURN
READ_DR： ；读寄存器
MOVLW 0B0H
IORWF ID, 1
MOVLW 0 ；CASE=0
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
WRITE_DR： ；写寄存器
MOVLW 0C0H
IORWF ID, 1
MOVLW 2
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
XFR_DR： ；传输P1、P0、R1、R0指
MOVLW 0D0H ；定的寄存器中的内容至
IORWF ID, 1 ；与之相关的WCR
MOVLW 3
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
XFR_WCR： ；传输由P1、P0指定的
MOVLW 0E0H ；WCR中的内容至R1、
IORWF ID, 1 ；R0指定的寄存器中
MOVLW 4
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
GXFR_DR： ；传输由R1、R0指定的所
MOVLW 10H ；有的四个数据寄存器的内
IORWF ID, 1 ；容至与它们相应的WCR中
MOVLW 3
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
GXFR_WCR： ；传输所有WCR中的内
MOVLW 80H ；容至与它们相应的由R1，
IORWF ID, 1 ；R0指定的数据寄存器中
MOVLW 4
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
INC_WIPER： ；使能增加/减小由P1和
MOVLW 20H ；P0指定的WCR
IORWF ID, 1
MOVLW 5
MOVWF CASE
CALL INSTR_GEN
RETURN
CASE0：CALL GET_BYTE ； 接收一字节
GOTO CASE3
CASE1：MOVF DATA_BYTE, W
CALL SEND_BYTE ；发送数据字节
GOTO CASE3
CASE2：MOVF DATA_BYTE,W
CALL SEND_BYTE
CASE4：STOP_COND
CALL POLLING ；轮询
CASE3：STOP_COND
RETURN
CASE5：MOVLW B’00111111’;取出脉冲增加或减
ANDWF PULSES, W ;少的个数送COUNT
MOVWF COUNT
MOVLW B’10000000’； 取出脉冲增加或减
ANDWF PULSES,W；少的方向位送TEMPP.7
MOVWF TEMPP
WIPER_LOOP:SET_BIT ；发送TEMPP.7至SDA上并
DECFSZ COUNT；产生COUNT个脉冲于SCL
GOTO WIPER_LOOP
STOP_COND ；停止条件
RETURN
SEN_BYTE： 将TEMPP的内容发送出去
MOVWF TEMPP；
MOVLW 8 ； 共发送八位
MOVWF COUNT
BIT_LOOP：SET_BIT
NEXT_BIT：RLF TEMPP
DECFSZ COUNT
GOTO BIT_LOOP
BSF PORTC, 7 ；八位发送完毕
NOP ；释放SDA
NOP
NOP
CLOCK
RETURN
GET_BYTE： ；接收一字节，SDA=1
BSF PORTC, 7
MOVLW 8
MOVWF COUNT
GET_LOOP：
CLOCK ；SDA送C并在SCL上产生一脉冲
RLF DATA_BYTE ；C移位至DATA_BYTE
DECFSZ COUNT
GOTO GET_LOOP
BCF TEMPP, 7 ； 发应答位
SEND_BIT
RETURN
POLLING：
START_COND ；开始条件
MOVF ADDR_BYTE, W ；送地址
AGAIN： CALL SEND_BYTE
BTFSC STATUS,C ；SDA=0？（有应答吗？）
GOTO POLLING ；NO
RETURN ；YES

MAIN：CALL INI ；初始化子程序
MOVLW B’01010000’ ; 装载从器件地址字节
MOVWF ADDR_BYTE
MOVLW B’00001000’ ；装在识别字节，对
MOVWF ID ；EEPOT #2操作
MOVLW 2 ；写入WCR命令
MOVWF COMMAND
MOVLW B’00101011’；设置D5D4D3D2D1D0
MOVWF DATA_BYTE ； =1 0 1 0 1 1 B，即为43D
CALL INTERPRET
MOVLW B’00001000’ ；重新装在识别字节
MOVWF ID
MOVLW B’00001111’ ；减少15个脉冲
MOVWF PULSES
MOVLW 10H ；增加/减少滑动端
MOVWF COMMAND
CALL INTERPRET
etc ．．．．．．
INI：CLRF PORTC ；使C口为输出
BSF STATUS, 5
CLRF TRISC
etc ．．．．．．
END