MCP401X/2X數(shù)字電位器評(píng)估板：全面解析與應(yīng)用指南

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字電位器憑借其高精度、可編程性和穩(wěn)定性，成為眾多電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。Microchip Technology Inc.推出的MCP401X/2X數(shù)字電位器評(píng)估板，為工程師們提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于快速評(píng)估和開發(fā)相關(guān)應(yīng)用。本文將深入剖析該評(píng)估板的各個(gè)方面，幫助工程師們更好地理解和使用它。

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產(chǎn)品概述

評(píng)估板簡(jiǎn)介

MCP402X數(shù)字電位器評(píng)估板（MCP402XEV）旨在讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能夠迅速評(píng)估Microchip的MCP401X/2X數(shù)字電位器產(chǎn)品的性能。該評(píng)估板的PCB設(shè)計(jì)支持多種不同封裝的數(shù)字電位器，包括8引腳150 mil SOIC的MCP4021 - XXX/SN、SOT - 23 - 6的MCP4022/23/24 - XXX/OT以及SOT - 23 - 5的MCP4024 - XXX/OT等，同時(shí)還使用了SOT - 23 - 6的PIC10F20X微控制器。

評(píng)估板套件內(nèi)容

• 已裝配的印刷電路板（PCB）：包含MCP4021 - 103/OT、已編程00066_MCP402XEV.HEX固件的PIC10F206 - I/OT、兩個(gè)用于增量（INCR）和減量（DECR）命令的按鈕開關(guān)、去耦電容以及用于隔離開關(guān)和創(chuàng)建電壓分壓器的5個(gè)電阻。
• 空白PCB：方便設(shè)計(jì)師進(jìn)行特定數(shù)字電位器配置的快速原型設(shè)計(jì)。
• 樣品：提供MCP4021 - 202/OT、MCP4021 - 502/OT、MCP4021 - 103/OT和MCP4021 - 503/OT各2個(gè)樣品，以及1個(gè)PIC10F20X - I/OT樣品。
• 用戶指南：以電子版本形式存儲(chǔ)在CD中，文檔編號(hào)為DS51546。

安裝與操作

PCB描述

MCP402X評(píng)估板具有以下特點(diǎn)：

• 引腳支持：150 mil 8引腳SOIC引腳（U1）支持MCP4021和MCP4011設(shè)備；SOT - 23 - 6引腳（U2）支持MCP4022/23/24和MCP4012/13/14設(shè)備；SOT - 23 - 6引腳（U3）支持PIC10F20X設(shè)備。
• 連接端子：連接端子可選擇不安裝，方便使用小鱷魚夾連接，也可安裝通孔或表面貼裝端子。
• 可選元件焊盤：提供電源濾波、設(shè)備旁路電容、端子“A”上拉電阻和端子“B”下拉電阻等可選無源元件的焊盤。
• 按鈕：有兩個(gè)按鈕，INCR按鈕用于生成增量命令，DECR按鈕用于生成減量命令，按鈕操作由PIC10F20X檢測(cè)，按鈕序列說明印在PCB背面。

不同設(shè)備的評(píng)估方法

• MCP4021和MCP4011：U1支持150 mil SOIC封裝的MCP4021/11 - XXXI/SN。在已裝配的PCB上，電阻R2和R3為2.5 kΩ，與10 kΩ的MCP4021 - 103I/SN組成“窗口式”電壓分壓器。使用U1時(shí)，不要安裝U2。
• MCP4022和MCP4012：U2支持SOT - 23 - 6封裝的MCP4022/12 - XXXI/OT?！癐NCR”命令使滑臂向端子A移動(dòng)，電阻減?。弧癉ECR”命令使滑臂向端子B移動(dòng)，電阻增大。使用U2時(shí)，不要安裝U1，也可使用MCP4021樣品進(jìn)行評(píng)估，不安裝R3并讓端子B浮空即可。
• MCP4023和MCP4013：U2支持SOT - 23 - 6封裝的MCP4023/13 - XXXI/OT。安裝R2可創(chuàng)建電壓分壓器。使用U2時(shí)，不要安裝U1，也可使用MCP4021樣品，將端子B接地即可。
• MCP4024和MCP4014：U2支持SOT - 23 - 5封裝的MCP4024/14 - xxxI/OT?！癐NCR”命令使滑臂向端子A移動(dòng)，電阻增大；“DECR”命令使滑臂向端子B移動(dòng)，電阻減小。使用U2時(shí)，不要安裝U1，可使用MCP4021樣品，不安裝R2，讓端子A浮空并將端子B接地。

測(cè)試與操作說明

測(cè)試設(shè)置

測(cè)試數(shù)字電位器性能需要2.7V至5.5V的電源和電壓表或數(shù)字萬用表（DMM）。連接電源的“+”到VDD，“ - ”到GND，將電壓表連接到W端子和GND。根據(jù)不同的MCP4021電阻值，輸出電壓范圍也不同，如2 kΩ時(shí)約為1.79V至3.21V，5 kΩ時(shí)約為1.25V至3.75V等。

固件操作

00066_MCP402XEV.HEX固件為操作MCP402X數(shù)字電位器提供了簡(jiǎn)單的接口，支持十種基本命令，通過不同的按鈕序列實(shí)現(xiàn)，包括增量和減量操作，以及高低電壓命令。

比率電壓演示

按照以下步驟進(jìn)行比率電壓演示：

1. 給評(píng)估板上電，可通過VDD和GND PCB焊盤提供有效電壓（如5V），或連接BFMP編程器（通過USB連接供電）。
2. 設(shè)置DMM測(cè)量0V至5.5V的電壓范圍，將DMM的接地連接到評(píng)估板的GND端子，V/Ω連接到評(píng)估板的W端子。
3. 打開DMM，顯示當(dāng)前滑臂非易失性設(shè)置的電壓。
4. 執(zhí)行命令#5，禁用WiperLock?技術(shù)，滑臂從上電位置遞增，DMM電壓約增加0.05V。
5. 執(zhí)行命令#4，滑臂強(qiáng)制到滿量程位置（Wiper W =節(jié)點(diǎn)A），DMM電壓約為4.17V。
6. 執(zhí)行命令#6，滑臂從滿量程位置遞減一個(gè)位置，DMM電壓約為4.12V。
7. 再執(zhí)行15次命令#6，滑臂遞減到從節(jié)點(diǎn)A（滿量程）到節(jié)點(diǎn)B（零量程）的25%位置，DMM電壓約為3.33V。
8. 關(guān)閉或斷開電源，DMM電壓約為0V。
9. 重新上電，DMM電壓約為3.33V，表明MCP4021保留了最后選擇的滑臂設(shè)置。
10. 執(zhí)行命令#3，滑臂遞增一個(gè)位置并鎖定（WiperLock技術(shù)啟用），DMM電壓約為3.38V。
11. 執(zhí)行命令#1，由于滑臂被鎖定，滑臂不移動(dòng)，DMM電壓約為3.38V。
12. 關(guān)閉或斷開電源，DMM電壓約為0V。
13. 重新上電，DMM電壓約為3.38V，再次表明MCP4021保留了最后保存的滑臂設(shè)置。

滑臂電壓

當(dāng)5.0V電壓施加到評(píng)估板，電阻R2和R3為2500Ω，MCP4011電阻值（ (R{AB}) ）為10 kΩ時(shí)，滑臂位置與電壓的關(guān)系如表2 - 3所示，計(jì)算公式為： [Voltage at Wiper = System V{D D} cdot frac{left(R 3+left(right.right. Wiper Position left.cdotleft(R{A B}right) / 63right)right)}{R 3+R{A B}+R 2}] 其中， (System V{DD}=5.0 V) ， (R 2=2.5 k Omega) ， (R 3=2.5 k Omega) ， (R{A B}=10 k Omega) 。10 kΩ MCP4021的典型步長(zhǎng)電阻約為158.73Ω，5V電源和15 kΩ總電阻下，每步電壓變化約為0.053V。

固件描述

000066_MCP402XEV.ASM源代碼使用匯編語(yǔ)言為PIC10F206微控制器編寫。固件初始化I/O，每毫秒輪詢INCR和DECR按鈕，若按鈕在50 ms內(nèi)被按下40 ms，則認(rèn)為按鈕被消抖并被按下。根據(jù)按鈕狀態(tài)確定所需的“動(dòng)作狀態(tài)”，通過簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)解碼所需動(dòng)作。低電壓命令由PIC10F206 I/O直接驅(qū)動(dòng)，高電壓命令需要額外的硬件生成8V信號(hào)，利用PIC10F206的OSCOUT功能和簡(jiǎn)單的電荷泵實(shí)現(xiàn)。

附錄內(nèi)容

原理圖和布局

附錄A包含評(píng)估板的原理圖和布局圖，包括原理圖、頂層+絲印層布局、底層布局、頂層絲印層布局和底層+絲印層布局。

物料清單

附錄B列出了評(píng)估板的物料清單，包括電容、二極管、開關(guān)、連接器、電阻、數(shù)字電位器和微控制器等元件的數(shù)量、參考編號(hào)、描述、制造商和零件編號(hào)。

使用BFMP編程器供電

附錄C介紹了如何使用BFMP編程器為評(píng)估板供電。BFMP編程器（PG164101）和PICkit? 2 Flash Starter Kit使用6引腳接口，評(píng)估板按特定方向插入。編程器使用PICkit? 1 Baseline Flash Programmer軟件，配置為選擇設(shè)備電源時(shí)，BFMP可一直為連接的評(píng)估板供電，但編程時(shí)不要勾選設(shè)備電源，確保PIC10F206僅在編程周期內(nèi)供電。

潛在編程問題

附錄D討論了使用Microchip編程器（如BPMF或MPLAB? ICD 2）對(duì)MCP402XEV編程時(shí)可能出現(xiàn)的問題。由于D1和R1組件通過電容C2存在接地電流路徑，ICSPDAT信號(hào)的編程電壓可能不滿足PIC10F206 GP1引腳的電壓要求。編程時(shí)需抬起電容C2的一個(gè)端子，編程后再重新連接。

源代碼

附錄E提供了00066_MCP402XEV.ASM源代碼，詳細(xì)描述了固件的操作，包括狀態(tài)機(jī)代碼、按鈕消抖、增量和減量操作等。代碼中的注釋對(duì)各部分功能進(jìn)行了說明，同時(shí)還提到了軟件許可協(xié)議。

總結(jié)

MCP401X/2X數(shù)字電位器評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于評(píng)估和開發(fā)數(shù)字電位器應(yīng)用。通過詳細(xì)的文檔和豐富的功能，工程師可以快速上手，進(jìn)行各種測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。然而，在使用過程中，如編程時(shí)遇到的問題，需要仔細(xì)處理，以確保評(píng)估板的正常運(yùn)行。你在使用這款評(píng)估板時(shí)是否也遇到過類似的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。