MAX5402数字电位器 - MSP430单片机的电桥平衡自调节设计

　　MAX5402是Maxim公司生产的256节点10 kΩ数字电位器。其具有超低功耗、低温漂、封装体积小等特点;具有SPI串行接口，很容易和单片机配合;使用很少硬件和软件开销，即可实现自动增益控制和自动平衡调节等功能。图3为MAX5402内部结构图，DIN、SCLK、为SPI串行接口引脚，H、W、L等效于滑动变阻器的三个端。其中，DIN为数据传输脚，数据从高位开始接收;SCL，K为通信时钟脚，通信时上升沿有效;为片选使能脚，低电平有效。当=0时，只要SCLK有上升沿，DIN就接收一位数;接满8位数据后，等待置1;最后，抽头W移动到所接收值指定的节点处。

　　3 软硬件设计

　　3.1 硬件设计

　　图4为电桥平衡自调节电路。当测试仪壳体受力产生应变时，电阻应变计阻值也相对产生变化。由于电桥所产生的电压信号微小，需通过仪表放大器INA128放大后，再进入MSP430F2002的A/D转换器的A0输入端。MSP430F2002通过USI通用串行接口的SCLK、SDO、SDI三个引脚，与MAX5402 SPI串行接口的SCLK、DIN、引脚进行数据传输，来控制数字电位器抽头移动。

　　3.2 软件设计

　　图5为电桥平衡自调节程序流程。首先初始化SPI、单片机内部DCO时钟、A/D转换器等。在平衡调节过程中，采用与电桥平衡值最接近原则。设电桥平衡值为V，电桥指针未指向终点，指针移动时必会出现V-△V1和V+△V2两个近似值，则取|△V1|和|△V2|之间的最小值。当指针移动至全部电位器抽点后还无法调节到V值左右，则MSP430F2002发出信号使得发光二极管灯亮，并选定最接近的V值为平衡初始值。测试仪在测量完膛压曲线后，通过计算机初值校正，最终获取正确的膛压动态曲线。

　　4 实验结果

　　每一个应变式测试仪要测量火炮膛压前，首先要通过油压标定机分析其静态特性，只有通过多次实验才能估算出测试仪触发值的大小。应变式测试仪在进行静态校准前，通过高精度万用表记录下来的15次实验的自平衡调节值如表1所列。由于弹性壳体具有弹性后效，在每次泄压后都必须在正常大气压下保持一段时间。由表1可知，该测试仪壳体在受到450 MPa压强后能恢复到最初状态，未发生塑性变形，各组自平衡调节后的值之间偏差小，而调节所用时间不到5 s，调节后MAX5402功耗只有100 nA。可见，该电桥平衡自调节电路设计是可行的，满足火炮膛压测试仪低功耗、小体积、封闭式等要求。

　　结语

　　在应变式火炮膛压测试仪的测量电路设计中，仅用一片MAX5402与单片机结合就实现了电桥的自平衡调节;同时，数字电位器的高可靠特性也使得整个仪器的工作稳定性得到了保证。若要使测试仪体积更小、功耗更低、重复性更好，可采用封装更小、功耗更低、抽头数更多的数字电位器替代。