Les potentiomètres numériques remplacent les unités mécaniques

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Les potentiomètres numériques, comme leurs homologues mécaniques, sont des résistances dont les valeurs peuvent être modifiées par l'intermédiaire d'une entrée externe. La différence est que les potentiomètres analogiques sont commandés par la position d'un arbre de commande de rotation, et la résistance d'un potentiomètre numérique est déterminée par une entrée logique présentée à l'appareil. Contrairement à leurs homologues mécaniques ou analogiques, les potentiomètres numériques ne sont pas variables de manière continue, mais ne changent de valeur que par étapes. Ils sont également très limités dans la quantité de courant qu'ils peuvent gérer, de sorte qu'ils sont le plus souvent utilisés dans les boucles de rétroaction des amplificateurs opérationnels pour contrôler le gain de l'ampli opérationnel, et dans d'autres environnements similaires à courant faible.

L'échelle de résistances

L'élément clé d'un potentiomètre numérique est l'échelle de résistances, qui est une série de résistances, de valeur égale, connectées en série.

 

Figure 1 : schéma synoptique du potentiomètre numérique. (Source : Analog Devices)

Dans l'exemple ci-dessus, l'échelle de résistances se compose de sept résistances. Si chaque résistance était de 1 000 ohms, la résistance totale, borne B à borne A, serait de 7 000 ohms. L'élément de réglage de l'appareil est le wiper.

A chacune des six jonctions entre les sept résistances il y a un interrupteur, qui est relié au wiper. Il y a aussi deux autres interrupteurs pour connecter le wiper, le cas échéant, aux bornes A ou B. Il est important de garder à l'esprit que seul l'un des interrupteurs wiper peut fonctionner à tout moment. Ainsi, la résistance du wiper, par rapport à la borne B et à la borne A, serait dans cet exemple, réglable par pas de 1000 ohms, de 0 à 7 000. Remarquez le « décodeur 3-vers-8. » Un mot numérique N-bit peut être décodé en 2ˆ n choix, et 2ˆ3 est égal à 8. Chacun de ces huit nombres possibles définit à tout instant de façon unique lequel des huit interrupteurs doit être en fonction.

On peut constater facilement qu'en utilisant les deux bornes et le wiper pour mettre en œuvre un diviseur de tension, le potentiomètre numérique peut être utilisé comme une commande du volume. En utilisant uniquement le wiper et soit la borne A, soit la borne B, une résistance variable simple est rendue disponible.

Quelle était ma position sur l'échelle ?

Dès la mise sous tension, certains potentiomètres numériques vont tout simplement affecter la position du wiper au milieu de l'échelle, ou à quelque autre point défini dans la fiche technique. Plus souvent, l'appareil incorporera assez d'EEPROM pour se rappeler de la dernière position de l'appareil au moment de la mise hors tension précédente. Les interrupteurs réels qui relient les résistances au wiper sont généralement mis en œuvre dans le dispositif CMOS à l'intérieur de l'appareil, comme illustré sur le schéma.

Bien entendu, les différents potentiomètres numériques peuvent être contrôlés de plusieurs façons. Le bus d'interface périphérique (Serial Peripheral Interface, SPI) bien connu est un choix fréquent, de même que le bus I2C série simple. Celui-ci ne nécessite que deux entrées, une pour l'horloge et l'autre pour les données.

L'AD5160BRJZ50 Analog Devices est un potentiomètre numérique à 8 broches qui tient dans un petit boîtier de 2,9 mm x 1,6 mm. Afin d'économiser le nombre de broches et les ressources matérielles, cet appareil ne comprend pas d' EEPROM et emploie le bus SPI et non une interface numérique parallèle. Cette fiche technique dévoile la famille d'appareils AD5160. Tous les membres de ce groupe comprennent une échelle de résistances composée de 255 résistances séparées.

Figure 2 : L'AD5160 d'Analog Devices. (Source : Analog Devices)

La puce est sélectionnée via la broche 6. L'horloge entre par la broche 4, et les données qui sélectionnent la position du wiper entrent par la broche 5. Les bornes A et B sont accessibles sur les broches 7 et 8, et le wiper sur la broche 1.

De minuscules appareils mécaniques peuvent être créés pour créer des impulsions électriques qui peuvent être utilisées pour commander un potentiomètre numérique. Cela leur permet un contrôle humain, et pas seulement par des microcontrôleurs. Ils sont souvent utilisés dans des appareils seulement à peine plus gros qu'un ancien potentiomètre mécanique le serait en soi.

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