MCP401X/2X数字电位器评估板：全面解析与应用指南

引言

在电子设计领域，数字电位器凭借其高精度、可编程性和稳定性，成为众多电子系统中的关键组件。Microchip Technology Inc.推出的MCP401X/2X数字电位器评估板，为工程师们提供了一个便捷的平台，用于快速评估和开发相关应用。本文将深入剖析该评估板的各个方面，帮助工程师们更好地理解和使用它。

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产品概述

评估板简介

MCP402X数字电位器评估板（MCP402XEV）旨在让系统设计师能够迅速评估Microchip的MCP401X/2X数字电位器产品的性能。该评估板的PCB设计支持多种不同封装的数字电位器，包括8引脚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，同时还使用了SOT - 23 - 6的PIC10F20X微控制器。

评估板套件内容

• 已装配的印刷电路板（PCB）：包含MCP4021 - 103/OT、已编程00066_MCP402XEV.HEX固件的PIC10F206 - I/OT、两个用于增量（INCR）和减量（DECR）命令的按钮开关、去耦电容以及用于隔离开关和创建电压分压器的5个电阻。
• 空白PCB：方便设计师进行特定数字电位器配置的快速原型设计。
• 样品：提供MCP4021 - 202/OT、MCP4021 - 502/OT、MCP4021 - 103/OT和MCP4021 - 503/OT各2个样品，以及1个PIC10F20X - I/OT样品。
• 用户指南：以电子版本形式存储在CD中，文档编号为DS51546。

安装与操作

PCB描述

MCP402X评估板具有以下特点：

• 引脚支持：150 mil 8引脚SOIC引脚（U1）支持MCP4021和MCP4011设备；SOT - 23 - 6引脚（U2）支持MCP4022/23/24和MCP4012/13/14设备；SOT - 23 - 6引脚（U3）支持PIC10F20X设备。
• 连接端子：连接端子可选择不安装，方便使用小鳄鱼夹连接，也可安装通孔或表面贴装端子。
• 可选元件焊盘：提供电源滤波、设备旁路电容、端子“A”上拉电阻和端子“B”下拉电阻等可选无源元件的焊盘。
• 按钮：有两个按钮，INCR按钮用于生成增量命令，DECR按钮用于生成减量命令，按钮操作由PIC10F20X检测，按钮序列说明印在PCB背面。

不同设备的评估方法

• MCP4021和MCP4011：U1支持150 mil SOIC封装的MCP4021/11 - XXXI/SN。在已装配的PCB上，电阻R2和R3为2.5 kΩ，与10 kΩ的MCP4021 - 103I/SN组成“窗口式”电压分压器。使用U1时，不要安装U2。
• MCP4022和MCP4012：U2支持SOT - 23 - 6封装的MCP4022/12 - XXXI/OT。“INCR”命令使滑臂向端子A移动，电阻减小；“DECR”命令使滑臂向端子B移动，电阻增大。使用U2时，不要安装U1，也可使用MCP4021样品进行评估，不安装R3并让端子B浮空即可。
• MCP4023和MCP4013：U2支持SOT - 23 - 6封装的MCP4023/13 - XXXI/OT。安装R2可创建电压分压器。使用U2时，不要安装U1，也可使用MCP4021样品，将端子B接地即可。
• MCP4024和MCP4014：U2支持SOT - 23 - 5封装的MCP4024/14 - xxxI/OT。“INCR”命令使滑臂向端子A移动，电阻增大；“DECR”命令使滑臂向端子B移动，电阻减小。使用U2时，不要安装U1，可使用MCP4021样品，不安装R2，让端子A浮空并将端子B接地。

测试与操作说明

测试设置

测试数字电位器性能需要2.7V至5.5V的电源和电压表或数字万用表（DMM）。连接电源的“+”到VDD，“ - ”到GND，将电压表连接到W端子和GND。根据不同的MCP4021电阻值，输出电压范围也不同，如2 kΩ时约为1.79V至3.21V，5 kΩ时约为1.25V至3.75V等。

固件操作

00066_MCP402XEV.HEX固件为操作MCP402X数字电位器提供了简单的接口，支持十种基本命令，通过不同的按钮序列实现，包括增量和减量操作，以及高低电压命令。

比率电压演示

按照以下步骤进行比率电压演示：

1. 给评估板上电，可通过VDD和GND PCB焊盘提供有效电压（如5V），或连接BFMP编程器（通过USB连接供电）。
2. 设置DMM测量0V至5.5V的电压范围，将DMM的接地连接到评估板的GND端子，V/Ω连接到评估板的W端子。
3. 打开DMM，显示当前滑臂非易失性设置的电压。
4. 执行命令#5，禁用WiperLock™技术，滑臂从上电位置递增，DMM电压约增加0.05V。
5. 执行命令#4，滑臂强制到满量程位置（Wiper W =节点A），DMM电压约为4.17V。
6. 执行命令#6，滑臂从满量程位置递减一个位置，DMM电压约为4.12V。
7. 再执行15次命令#6，滑臂递减到从节点A（满量程）到节点B（零量程）的25%位置，DMM电压约为3.33V。
8. 关闭或断开电源，DMM电压约为0V。
9. 重新上电，DMM电压约为3.33V，表明MCP4021保留了最后选择的滑臂设置。
10. 执行命令#3，滑臂递增一个位置并锁定（WiperLock技术启用），DMM电压约为3.38V。
11. 执行命令#1，由于滑臂被锁定，滑臂不移动，DMM电压约为3.38V。
12. 关闭或断开电源，DMM电压约为0V。
13. 重新上电，DMM电压约为3.38V，再次表明MCP4021保留了最后保存的滑臂设置。

滑臂电压

当5.0V电压施加到评估板，电阻R2和R3为2500Ω，MCP4011电阻值（ (R{AB}) ）为10 kΩ时，滑臂位置与电压的关系如表2 - 3所示，计算公式为： [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的典型步长电阻约为158.73Ω，5V电源和15 kΩ总电阻下，每步电压变化约为0.053V。

固件描述

000066_MCP402XEV.ASM源代码使用汇编语言为PIC10F206微控制器编写。固件初始化I/O，每毫秒轮询INCR和DECR按钮，若按钮在50 ms内被按下40 ms，则认为按钮被消抖并被按下。根据按钮状态确定所需的“动作状态”，通过简单的状态机解码所需动作。低电压命令由PIC10F206 I/O直接驱动，高电压命令需要额外的硬件生成8V信号，利用PIC10F206的OSCOUT功能和简单的电荷泵实现。

附录内容

原理图和布局

附录A包含评估板的原理图和布局图，包括原理图、顶层+丝印层布局、底层布局、顶层丝印层布局和底层+丝印层布局。

物料清单

附录B列出了评估板的物料清单，包括电容、二极管、开关、连接器、电阻、数字电位器和微控制器等元件的数量、参考编号、描述、制造商和零件编号。

使用BFMP编程器供电

附录C介绍了如何使用BFMP编程器为评估板供电。BFMP编程器（PG164101）和PICkit™ 2 Flash Starter Kit使用6引脚接口，评估板按特定方向插入。编程器使用PICkit™ 1 Baseline Flash Programmer软件，配置为选择设备电源时，BFMP可一直为连接的评估板供电，但编程时不要勾选设备电源，确保PIC10F206仅在编程周期内供电。

潜在编程问题

附录D讨论了使用Microchip编程器（如BPMF或MPLAB® ICD 2）对MCP402XEV编程时可能出现的问题。由于D1和R1组件通过电容C2存在接地电流路径，ICSPDAT信号的编程电压可能不满足PIC10F206 GP1引脚的电压要求。编程时需抬起电容C2的一个端子，编程后再重新连接。

源代码

附录E提供了00066_MCP402XEV.ASM源代码，详细描述了固件的操作，包括状态机代码、按钮消抖、增量和减量操作等。代码中的注释对各部分功能进行了说明，同时还提到了软件许可协议。

总结

MCP401X/2X数字电位器评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估和开发数字电位器应用。通过详细的文档和丰富的功能，工程师可以快速上手，进行各种测试和实验。然而，在使用过程中，如编程时遇到的问题，需要仔细处理，以确保评估板的正常运行。你在使用这款评估板时是否也遇到过类似的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。