AD5165（超低功耗逻辑电平数字电位器）芯片的详细用法
目录
一、硬件连接
1. 引脚功能与核心连接（8 引脚 TSOT-8 封装，顶视图）
2. 关键外围电路设计
（1）电源电路：必加旁路电容
（2）地处理：数字地与模拟地单点共地
（3）ESD 防护
3. 上电顺序（核心！避免二极管误导通）
4. 3 线数字接口时序要求
二、软件配置
1. 通信协议与数据格式
（1）协议特性
（2）8 位数据格式
2. 编程核心步骤（以 MCU 为例）
3. 不同工作模式的编程计算
（1）变阻器模式（调节 RWB 或 RWA）
（2）电位器模式（调节 VW，分压器）
4. 关键注意事项
三、典型应用电路参考
四、Arduino 环境下 ESP32-PICO 的 AD5165 参考代码
1.硬件连接说明
2.Arduino 参考代码
一、硬件连接
需重点关注电源电路、引脚功能匹配、3 线数字接口时序、上电顺序四大核心，结合芯片特性（如 ESD 保护、电流限制）避免损坏或功能异常。
1. 引脚功能与核心连接（8 引脚 TSOT-8 封装，顶视图）
先明确各引脚定义，再对应连接控制器（如 MCU）、电源及外部电路，引脚功能与连接要求如下表：
| 引脚号 | 引脚名 | 功能描述 | 硬件连接要求 |
|---|---|---|---|
| 1 | W | 抽头端子（可编程电阻 / 电压输出端） | 连接负载或检测电路；电压范围0V ≤ V_W ≤ V_DD，极性无限制；零刻度（代码 0x00）时R_WB=100Ω，脉冲电流≤20mA，连续电流≤5mA（避免内部开关损坏） |
| 2 | V_DD | 正电源 | 供电电压2.7V ~ 5.5V；必须串联电源旁路电容（0.01~0.1μF 陶瓷电容 + 1~10μF 钽 / 电解电容），靠近引脚减少纹波 |
| 3 | GND | 数字地 | 与模拟地单点连接（避免地弹噪声）；需低电阻、低电感布线，优先连接系统地平面 |
| 4 | CLK | 串行时钟输入（上升沿触发） | 连接 MCU 的 SPI_CLK 或 GPIO（模拟时钟）；时钟频率≤25MHz，高 / 低脉冲宽度≥20ns（满足时序要求） |
| 5 | SDI | 串行数据输入（MSB 先传） | 连接 MCU 的 SPI_MOSI 或 GPIO（模拟数据）；数据建立时间≥5ns、保持时间≥5ns（确保 CLK 上升沿采样正确） |
| 6 | CS | 片选输入（高有效，区别于 AD5160） | 连接 MCU 的 GPIO；高电平时使能芯片接收数据，8 位数据传完后拉低，拉低时数据加载到抽头寄存器（核心使能信号）；空闲时建议拉低（减少逻辑功耗） |
| 7 | B | 电阻 B 端 | 变阻器模式：接电源 / 地或开路；电位器模式：接参考地或低电位端；电压范围0V ≤ V_B ≤ V_DD，极性无限制 |
| 8 | A | 电阻 A 端 | 变阻器模式：接电源 / 地或开路；电位器模式：接输入电压（如 5V）或高电位端；电压范围0V ≤ V_A ≤ V_DD，极性无限制 |
2. 关键外围电路设计
（1）电源电路：必加旁路电容
为抑制电源纹波和瞬态干扰，需在V_DD与GND之间并联两类电容，布局时靠近芯片引脚：
- 高频去耦：0.01~0.1μF 多层陶瓷电容（如 0402 封装，X7R 材质）；
- 低频滤波：1~10μF 钽电容或铝电解电容（低 ESR 类型，应对大电流瞬变）。
（2）地处理：数字地与模拟地单点共地
芯片的GND为数字地，若系统存在模拟电路（如W端输出检测），需将数字地与模拟地在电源入口处单点连接，避免数字噪声耦合到模拟端，导致调节精度下降。
（3）ESD 防护
芯片内置数字输入（CLK/SDI/CS）和电阻端子（A/B/W）的 ESD 保护电路，但操作时仍需注意：
- 焊接或调试时，设备（烙铁、示波器）需接地；
- 避免人体静电（如戴防静电手环），防止 4000V 以上静电放电损坏芯片。
3. 上电顺序（核心！避免二极管误导通）
芯片内部 ESD 保护二极管会钳位A/B/W端电压（不超过V_DD和GND），若上电顺序错误，可能导致V_DD被意外供电，影响系统电路。正确顺序：
- 先接
GND（确保地电位稳定）； - 再接
V_DD（2.7~5.5V）； - 最后加载数字输入（CLK/SDI/CS）和
A/B/W端电压；
- 注：
A/B/W端电压与数字输入的上电顺序无严格要求，只要在V_DD/GND之后即可。
4. 3 线数字接口时序要求
通信需满足以下时序参数（V_DD=5V±10%，-40℃~125℃），否则数据传输错误：
| 时序参数 | 符号 | 最小值 | 最大值 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 时钟频率 | f_CLK | - | 25 | MHz | CLK 周期≥40ns（高 + 低电平） |
| 时钟高 / 低脉冲宽度 | t_CH/t_CL | 20 | - | ns | CLK 高、低电平持续时间 |
| 数据建立时间 | t_DS | 5 | - | ns | SDI 数据在 CLK 上升沿前稳定 |
| 数据保持时间 | t_DH | 5 | - | ns | SDI 数据在 CLK 上升沿后稳定 |
| CS 建立时间 | t_CSS | 15 | - | ns | CS 拉高后到第一个 CLK 上升沿的时间 |
| CS 低脉冲宽度 | t_CSW | 40 | - | ns | 数据加载时 CS 拉低的持续时间 |
二、软件配置
基于 3 线数字接口（类 SPI，CS 高有效），软件核心是按时序传输 8 位数据，实现 256 个抽头位置的编程，需关注数据格式、编程步骤及不同模式的计算。
1. 通信协议与数据格式
（1）协议特性
- 类 SPI 协议，无命令字节，直接传输 8 位抽头位置数据；
- 区别于标准 SPI：CS 为高有效（AD5160 为低有效，二者 Pin-to-pin 兼容但 CS 极性相反）；
- CLK 上升沿触发数据采样，SDI 需按MSB（最高位）先传顺序发送。
（2）8 位数据格式
8 位数据对应 256 个抽头位置（0x00~0xFF），数据位定义如下：
| 位 7（B7） | 位 6（B6） | 位 5（B5） | 位 4（B4） | 位 3（B3） | 位 2（B2） | 位 1（B1） | 位 0（B0） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MSB（2⁷） | 2⁶ | 2⁵ | 2⁴ | 2³ | 2² | 2¹ | LSB（2⁰） |
- 数据范围：0x00（抽头靠近 B 端）~0xFF（抽头靠近 A 端）；
- 上电初始状态：默认中刻度（数据 0x80，128），对应电阻 / 电压的中间值。
2. 编程核心步骤（以 MCU 为例）
需严格遵循时序要求，步骤如下：
- 使能芯片：将 CS 引脚拉为高电平（仅高电平时，芯片接收 CLK 和 SDI 信号）；
- 传输 8 位数据：
- 从数据的MSB（B7）开始，在每个 CLK 上升沿前，将当前数据位（0/1）写入 SDI 引脚；
- 每传输 1 位，触发 1 次 CLK 上升沿（确保数据被采样），重复 8 次，完成全部 8 位数据传输；
- 加载数据：8 位数据传输完成后，将 CS 引脚拉为低电平，此时数据从串行寄存器加载到抽头寄存器，电阻（RWB/RWA）或电压（VW）立即更新；
- 空闲状态：CS 保持低电平（减少逻辑功耗，避免误触发）。
3. 不同工作模式的编程计算
AD5165 支持变阻器模式（调节电阻）和电位器模式（调节分压电压），需根据公式计算目标数据。
（1）变阻器模式（调节 RWB 或 RWA）
核心是通过数据D（0~255）编程W与B（或W与A）之间的电阻，R_AB=100kΩ（固定），R_W=50Ω（抽头接触电阻）。
- W-B 端电阻（RWB）：抽头靠近 B 端时电阻小，公式：
R_WB(D) = (D / 256) * R_AB + 2*R_W示例：D=0x00（0）→ RWB=100Ω；D=0xFF（255）→ RWB≈99710Ω；D=0x80（128）→ RWB≈50100Ω。 - W-A 端电阻（RWA）：抽头靠近 A 端时电阻小，公式：
R_WA(D) = ((256 - D) / 256) * R_AB + 2*R_W示例：D=0x00（0）→ RWA=100100Ω；D=0xFF（255）→ RWA=490Ω。
（2）电位器模式（调节 VW，分压器）
A接高电位（如 5V），B接低电位（如 GND），W输出分压电压，精度受电阻比值影响（温漂仅 15ppm/℃，优于变阻器模式）。
- 简化计算（忽略 R_W）：
V_W(D) = (D / 256) * V_A + ((256 - D) / 256) * V_B示例：V_A=5V，V_B=0V，D=0x80（128）→ V_W=2.5V。 - 精确计算（含 R_W）：
V_W(D) = (R_WB(D)/R_AB) * V_A + (R_WA(D)/R_AB) * V_B
4. 关键注意事项
- 数据完整性：必须传输完整 8 位数据，少传 / 多传会导致抽头位置错误；
- 时序裕量：软件中延迟时间需大于手册最小时序（如示例中用 1μs，远大于 15ns/20ns，避免 MCU 主频高导致时序不满足）；
- 低功耗优化：空闲时 CS 保持低电平，此时芯片待机电流仅 50nA（典型值），适合电池供电场景；
- 电流限制：RWB≤1kΩ 时，W-B 端连续电流≤5mA，避免内部开关过热损坏（如 D=0x00 时 RWB=100Ω，V_WB≤0.5V 时电流≤5mA）。
三、典型应用电路参考
以 “5V 供电，电位器模式调节输出电压” 为例，硬件连接如下：
V_DD：接 3.3V/5V 电源，并联 0.1μF 陶瓷电容 + 10μF 钽电容；GND：接系统地，与模拟地单点共地；A：接 5V（输入电压）；B：接 GND；W：接负载或 ADC 输入（检测输出电压）；CLK/SDI/CS：接 MCU 的 GPIO（如 STM32 的 PB1/PB2/PB0）；- 软件调用
AD5165_WriteData(0x80)，W端输出≈2.5V。
四、Arduino 环境下 ESP32-PICO 的 AD5165 参考代码
1.硬件连接说明
需严格遵循文档中 AD5165 的引脚功能（）、电源要求（）及时序参数（），ESP32-PICO 与 AD5165 的连接如下表：
| ESP32-PICO 引脚 | AD5165 引脚 | 功能对应（文档依据） | 连接说明 |
|---|---|---|---|
| GPIO18 | 4（CLK） | 串行时钟输入（上升沿触发）（） | 数字输出模式，时钟频率≤25MHz |
| GPIO19 | 5（SDI） | 串行数据输入（MSB 先传）（） | 数字输出模式，数据需在 CLK 上升沿前稳定 |
| GPIO21 | 6（CS） | 片选输入（高有效）（） | 数字输出模式，初始拉低（空闲低功耗）（） |
| 3.3V/5V | 2（VDD） | 正电源（2.7V~5.5V）（） | 建议接 ESP32 的 3.3V，需并联 0.1μF 陶瓷电容 + 10μF 钽电容（） |
| GND | 3（GND） | 数字地（） | 与 ESP32 的 GND 共地，需单点连接模拟地（若有）（） |
| 外部 5V | 8（A） | 电阻 A 端（电位器模式高电位）（） | 电位器模式下接输入高电平，电压≤VDD（） |
| GND | 7（B） | 电阻 B 端（电位器模式低电位）（） | 电位器模式下接 GND，与 A 端形成分压（） |
| 负载 / ADC 输入 | 1（W） | 抽头端子（输出端）（） | 输出电压 / 电阻，零刻度时 RWB=100Ω，电流≤5mA（） |
2.Arduino 参考代码
// 1. 定义AD5165与ESP32-PICO的连接引脚（需与硬件接线一致）
const int AD5165_CLK = 18; // CLK引脚（文档1-76：引脚4，串行时钟输入）
const int AD5165_SDI = 19; // SDI引脚（文档1-76：引脚5，串行数据输入）
const int AD5165_CS = 21; // CS引脚（文档1-76：引脚6，片选输入，高有效）// 2. 初始化函数：配置引脚模式及时序基础
void AD5165_Init() {pinMode(AD5165_CLK, OUTPUT);pinMode(AD5165_SDI, OUTPUT);pinMode(AD5165_CS, OUTPUT);// 文档1-25：空闲时CS拉低，减少逻辑功耗；初始状态为中刻度（0x80）digitalWrite(AD5165_CS, LOW);digitalWrite(AD5165_CLK, LOW); // 时钟初始低电平AD5165_WriteData(0x80); // 上电初始化为中刻度（文档1-232：上电默认中刻度）
}// 3. 核心通信函数：向AD5165写入8位抽头数据（文档1-162/1-166：MSB先传，CS拉低加载数据）
// data：抽头数据（0x00~0xFF，对应256个位置，文档1-176：8位数据解码选择抽头）
void AD5165_WriteData(uint8_t data) {digitalWrite(AD5165_CS, HIGH); // 步骤1：CS拉高使能芯片（文档1-166：CS高时接收数据）delayMicroseconds(1); // 满足CS建立时间t_CSS≥15ns（文档1-57），留裕量// 步骤2：传输8位数据（MSB先传，从bit7到bit0，文档1-162）for (int i = 7; i >= 0; i--) {digitalWrite(AD5165_CLK, LOW); // 时钟拉低，准备数据delayMicroseconds(1); // 满足数据建立时间t_DS≥5ns（文档1-57）// 提取当前位（MSB优先），写入SDIuint8_t bit = (data >> i) & 0x01;digitalWrite(AD5165_SDI, bit);digitalWrite(AD5165_CLK, HIGH); // 时钟上升沿，采样数据（文档1-166：上升沿触发）delayMicroseconds(1); // 满足时钟高脉冲宽度t_CH≥20ns（文档1-57）}// 步骤3：CS拉低，加载数据到抽头寄存器（文档1-166：CS拉低时数据生效）digitalWrite(AD5165_CLK, LOW); // 时钟恢复低电平delayMicroseconds(1); // 满足CS低脉冲宽度t_CSW≥40ns（文档1-57）digitalWrite(AD5165_CS, LOW); // 回到空闲低功耗状态
}// 4. 示例：根据目标电阻（RWB）计算抽头数据（文档1-182：RWB(D) = (D/256)*R_AB + 2*R_W）
// R_AB=100kΩ（文档1-6），R_W=50Ω（文档1-179），返回对应8位数据D（0x00~0xFF）
uint8_t AD5165_CalcDataFromRWB(uint32_t targetRWB) {// 公式变形：D = [(targetRWB - 2*R_W) * 256] / R_ABuint32_t R_W = 50;uint32_t R_AB = 100000;int32_t D = ((targetRWB - 2*R_W) * 256) / R_AB;// 数据范围限制（0x00~0xFF，文档1-176：256个抽头位置）if (D < 0) D = 0;if (D > 255) D = 255;return (uint8_t)D;
}// 5. 示例：根据目标电压（VW）计算抽头数据（文档1-202：VW(D) = (D/256)*VA + ((256-D)/256)*VB）
// 假设VA=5V、VB=0V（电位器模式），返回对应8位数据D（0x00~0xFF）
uint8_t AD5165_CalcDataFromVW(float targetVW) {float VA = 5.0; // A端输入电压（需与硬件一致）float VB = 0.0; // B端输入电压（需与硬件一致）// 公式变形：D = (targetVW - VB) * 256 / (VA - VB)int32_t D = (targetVW - VB) * 256 / (VA - VB);// 数据范围限制（0x00~0xFF，文档1-176）if (D < 0) D = 0;if (D > 255) D = 255;return (uint8_t)D;
}// 6. 初始化ESP32引脚及AD5165
void setup() {Serial.begin(115200); // 串口调试（可选）AD5165_Init(); // 初始化AD5165（默认中刻度0x80）Serial.println("AD5165 Init Complete (Default: Midscale 0x80)");
}// 7. 主循环：演示不同模式的调节（可根据需求修改）
void loop() {// 示例1：电位器模式，输出2.5V（中刻度，文档1-202：VA=5V时，D=128→VW=2.5V）uint8_t dataMid = 0x80;AD5165_WriteData(dataMid);Serial.print("Set to Midscale: Data=0x");Serial.print(dataMid, HEX);Serial.println(" (VW≈2.5V, VA=5V)");delay(3000); // 延时3秒// 示例2：电位器模式，输出1.25V（D=64，文档1-202：(64/256)*5V=1.25V）uint8_t dataLow = 0x40;AD5165_WriteData(dataLow);Serial.print("Set to Low Scale: Data=0x");Serial.print(dataLow, HEX);Serial.println(" (VW≈1.25V, VA=5V)");delay(3000);// 示例3：变阻器模式，设置RWB=50100Ω（中刻度，文档1-189：D=128→RWB=50100Ω）uint32_t targetRWB = 50100;uint8_t dataRWB = AD5165_CalcDataFromRWB(targetRWB);AD5165_WriteData(dataRWB);Serial.print("Set RWB=");Serial.print(targetRWB);Serial.print("Ω: Data=0x");Serial.println(dataRWB, HEX);delay(3000);
}