新特器件应用《国外电子元器件》２００8年第9期
MAX5481在夫兰克-赫兹实验仪中的应用
黎定国,邓玲娜,饶利民
（东华理工大学核工程技术学院，江西抚州344000）
摘要:提出了一种基于数字电位器MAX5481的夫兰克-赫兹实验仪设计方案；介绍了数字电位器MAX5481的接口、
控制方式及应用方案。该方案为数字电位器在模拟电路中替代机械电位器提供了借鉴。
关
键
词:电位器；模拟电路/夫兰克-赫兹实验仪；数字电位器；MAX5481
文献标识码：B
文章编号：1006－6977（2008）09-0066-02
中图分类号:TM301.2
ApplicationofdigitalpotentiometerMAX5481inFranck-Hertzinstrument
LIDing-guo,DENGLing-na,RAOLi-min
(SchoolofNuclearEngineeringandTechnology,EastChinaInstituteofTechnology,Fuzhou344000,China)
Abstract:ThedesignofFranck-HertzinstrumentbasedondigitalpotentiometersMAX5481ispresentedinthispaper.Theinterfaceoperation,controlmodelandapplicationofMAX5481areintroduced.Itcanbereferredthatdigitalpotentiometerreplacemechanicalpotentiometerinanalogcircuit.
Keywords:potentiometer；analogcircuits/franck-hertzinstrument；digitalpotentiometers；MAX5481
1引言
夫兰克-赫兹实验是近代物理中一个重要实验[1]，它通
0~100V，分辨率约为0.1V变化的UG2K。RS232串口用于ISP
下载。仪器整体框图如图2所示。
过直接测量电子碰撞中传递的能量来证实原子能级的存在。夫兰克-赫兹实验仪是要产生一个变化的电压UG2K，并测出电流Ip及UG2K的大小。然而在早期仪器中均采用机械电位器来调节UG2K。在此采用数字电位器调节UG2K。
2仪器的整体设计
图1示出仪器的基本原理及Ip-UG2K曲线。设计中，采用
图2仪器整体框图
单片机STCC54[2]。它具有16KFlashROM、1280BRAM、16
KE2PROM、标准MCS-51单片机，支持ISP下载。A/D转换器
采用具有12位11个输入通道、串口接口的TLC2543。可对经过三级放大了的10-9~10-7A电流Ip和经过电阻分压的
3数字电位器MAX5481
MAX5481[3]是10位（即1024抽头）非易失、线性变化、
可编程分压器和可变电阻器，其两个固定端电阻为10kΩ，实现机械电位器的功能，可配置成3线串行SPI兼容接口或增/减（Up/Down）数字接口。在其内部有非易失、电可擦除可编程只读存储器（E2PROM），用于存储上电时滑动端的初始位置。可采用+2.7～+5.25V单电源供电或±2.5V双电源供电。
UG2K进行测量，其测量结果分别采用4位7段LED显示，同
时保存在单片机的E2PROM中。在单片机的P1.0~P1.3引脚控制下，数字电位器MAX5481通过电路产生一个电压约为
3.1内部结构
图3示出MAX5481的内部功能框图。MAX5481主要包括电源、上电复位、非易失存储器、锁存器、解码电路、SPI接口电路、Up/Down接口电路、接口选择电路、可变电阻器等。
3.2引脚功能
图1基本原理图
MAX548有16引脚TQFN和14引脚TSSOP两种封装。
其引脚功能：H为可变电阻高电平端；W为可变电阻滑动端；
收稿日期：2008-05-13稿件编号：200805007
基金项目：东华理工大学校长基金（DHXK0724）
L为可变电阻低电平端；VDD为电源正极；GND为电源地。VSS
作者简介：黎定国（，男，江西崇仁人,副教授。研究方向：仪器开发与研究。1973-）
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MAX5481在夫兰克—赫兹实验仪中的应用
时，则引脚SCLK（INC）的每个下降沿均使W端增加1LSB（向H端移动）；若引脚DIN（U/D）＝0时，则引脚SCLK（INC）的每个下降沿均使W端减小1LSB（向L端移动）。在SCLK（INC）＝1状态，引脚CS电平为上升沿时，MAX5481将把锁存器数据复制到NV存储器予以保存。
3.3.3UG2K电压产生电路
在硬件上，单片机通过P1.0~P1.3口与引脚CS、SCLK（INC）、DIN（U/D）、SPI/UD相连。在软件上，采用SPI方式对
图3MAX5481内部功能框图
MAX5481进行操作。由于MAX5481是10位（1024抽头）的
数字电位器，因此在设置按键时，还设有十进位、百进位加速键，以方便调整。
由于MAX5481的负载能力有限，一般需要采用放大电路对其负载能力进行扩展。设计中VT1、VT3接成共集放大电路，
为电源负极，当单极性电源供电时，与GND短接；CS为片选信号，低电平有效；SPI/UD用于接口方式的选择。高电平时选择SPI接口方式，低电平时选择Up/Down方式；SCLK（INC）用于两种方式的切换，在SPI方式下，为时钟信号输入端；在
Up/Down方式，每个下降沿均使W端增加或减小1LSB；DIN
（U/D）用于两种方式的切换，在SPI方式下，DIN为数据信号输入端；在Up/Down方式下，决定W端的变化方向。
3.3单片机对MAX5481的控制
上电后，MAX5481复位工作，先读取非易失存储器中的
VT2接成共基放大电
路，这样即可提高带
图4UG2K电压产生电路
数据，经锁存器、解码电路，使W端移至预先设定的位置。接口选择电路根据SPI/UD引脚电平选择接口方式，由SPI接口或Up/Down接口改写锁存器的数据，经解码后来改变W端的位置，从而改变分压比和上下电阻值。
负载能力，输出约0~100V，分辨率约为0.1V变化的UG2K。该电压经过R7、R8电阻分压，供测量使用。
3.3.1SPI接口方式
当SPI/UD＝1时，MAX5481进入SPI接口方式；当CS＝0时，在时钟引脚SCLK（INC）的上升沿，将数据输入引脚DIN（U/D）的数据写入MAX5481。要把数据写到锁存器时，需要
4结束语
数字电位器能在各种应用中为模拟电路提供便利的电
阻、电压和电流数字控制与调节[4]。特别是许多模拟电路经过几十年的发展，技术成熟，因此只需较小的改进，甚至可以直接用数字电位器替代机械电位器，而使操作数字化，既方便调节控制，又提高系统性能，简化设计。参考文献：
24个时钟才能把命令和数据写入MAX5481中；要在锁存器
和NV存储器之间复制数据时，可以采用8个时钟来写命令，也可以采用24个时钟把命令和数据写入MAX5481中，其中后面16位数据将被忽略。表1示出其数据格式。
陆俊发.大学物理实验教程[M].上海:华东理工大[1]潘小青，学出版社,2006.
[2]宏晶科技.STCC51RC/RD+系列单片机器件手册[DB/OL].
（1）
W端的位置由10位锁存器中的数据决定，其分压比可
按下式计算：
UWL/UHL=RWL/RHL=D/210=（D9～D0）/10240000000000时，W端的位置在L端。3.3.2Up/Down接口方式
http://www.mcu-memory.com,2006.
[3]MaximIntegratedProducts,Inc.MAX5481-MAX5484DataSheet[DB/OL].http://www.maxim-ic.com.2007.
[4]Maxim公司.区分数字电位器的性能[J].国外电子元器件,2008（3）:69-70.
式中：D（D9~D0）为锁存器中的数据。例如，当D（D9~D0）=
当SPI/UD＝0时，MAX5481进入Up/Down接口方式，该方式操作较简单。当CS＝0器件被选中，若引脚DIN（U/D）＝1
时钟时序位名称
写数据到锁存器
复制锁存器数据到晕灾
存储器
复制锁存器数据到晕灾存储器
员原园园园
圆园园园
猿园员员
源园园员
缘园园园
表员摇杂孕陨方式下的数据格式远苑愿怨员园员员员圆员猿员源员缘员远员苑员愿员怨圆园圆员圆圆圆猿圆源原园园园
原园园园
原阅怨阅愿阅苑阅远阅缘阅源阅猿阅圆阅员阅园伊园阅怨阅愿阅苑阅远阅缘阅源阅猿阅圆阅员阅园伊园园
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