基于單片機(jī)的數(shù)字電位器的設(shè)計(jì)

人耳對(duì)聲強(qiáng)的主觀感受遵循韋伯定律(Webber's Law)，在音量較小時(shí)人耳對(duì)聲波振幅的改變感受靈敏，聲音達(dá)到一定響度后，人耳的聽覺(jué)特性開始變得遲鈍。而指數(shù)型電位器的阻值變化規(guī)律為先慢后快，如果將這種衰減特性用在音量調(diào)節(jié)中，則恰好可以抵消人耳對(duì)音量感知的對(duì)數(shù)特性，保證主觀聽感的平滑。

與傳統(tǒng)的機(jī)械式音量電位器相比，數(shù)字電位器(DCP)的阻值調(diào)節(jié)由內(nèi)部CMOS開關(guān)控制，因而使用壽命長(zhǎng)、可靠性高且不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲;如果將廉價(jià)的通用型線性數(shù)字電位器直接用于音量調(diào)節(jié)，在小音量狀態(tài)下稍微調(diào)節(jié)電位器即會(huì)使輸出聲壓陡然增加，無(wú)法保證大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)音量的準(zhǔn)確定位，因此目前將數(shù)字式電位器運(yùn)用在成熟功放產(chǎn)品中的實(shí)例還不多。實(shí)際上，如果將低分辨率線性數(shù)字電位器與通用嵌入式系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，就能夠得到運(yùn)用于音量控制領(lǐng)域的低成本高分辨率指數(shù)式電位器。

總體設(shè)計(jì)方案

在數(shù)字電位器的擴(kuò)展系統(tǒng)中，主控單元可選用常見的8位或16位成熟單片機(jī)。這里我們主要針對(duì)Intersil公司的低分辨率線性數(shù)字電位器X9313、X9312進(jìn)行擴(kuò)展，系統(tǒng)最終能夠達(dá)到的實(shí)際分辨率為31×99=3069級(jí);如果把32抽頭的X9313全部更換為X9312，分辨率還可以進(jìn)一步提高至9801級(jí)。

X9313與X9312這兩種DCP均為三線制接口、帶掉電自動(dòng)保存功能的非易失性數(shù)字電位器，其內(nèi)部分別包含31、99個(gè)電阻單元構(gòu)成的電阻陣列，相鄰兩個(gè)電阻單元以及電阻陣列端點(diǎn)都設(shè)置有可以被滑動(dòng)單元訪問(wèn)的抽頭，如圖1所示。滑動(dòng)單元的位置由CS、U/D和INC三個(gè)輸入端控制，抽頭位置值能夠被存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，供下次上電時(shí)調(diào)用置位。

圖1 X931x系列DCP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的每個(gè)聲道的音量控制由兩個(gè)X9313與一個(gè)X9312構(gòu)成，圖2為三個(gè)數(shù)字電位器的功能連接圖。所有DCP的U/D、INC端分別連接在一起，而片選端CS各自占用一個(gè)MCU端口。這種硬件連接方式能夠很容易地實(shí)現(xiàn)四聲道乃至更多聲道的音量控制。為了與常見的數(shù)字式音量調(diào)整習(xí)慣一致，最好不要保留通用DCP的三鍵式控制方式，而只需設(shè)置UP/DOWN兩組按鍵直接控制音量的增減。UP/DOWN按鍵與MCU的連接應(yīng)設(shè)置軟件延時(shí)的去抖算法，以消除按鍵輸入時(shí)的抖動(dòng)，MCU與DCP之間則不再考慮按鍵抖動(dòng)。

圖2 系統(tǒng)連接示意圖