ディジタル・ポテンショメータ (1) MCP4012

　受動部品の半固定抵抗器は、電子工作でよく使われる部品です。ボリュームと同じ機能ですが、回転回数が数百回までと少ないのが特徴です。人が調整するときに便利ですが、自動化するには不便なデバイスです。電子的なボリュームにディジタル・ポテンショメータ（Digital POT）があります。

　半固定抵抗器は、抵抗の両端と可動接点（ワイパ）から構成されています。ディジタル・ポテンショメータはそのような接続を (a) potentiometer（ポテンショメータ・モード）、抵抗の片方を開放もしくは可動接点とショートしたタイプを (b) Rheostat（レオスタット・モード）と呼びます。半固定抵抗では、抵抗の片方を開放する使い方は推奨されていません。

●インターフェース

　調べたところ、抵抗値を変更するインターフェースが3種類あります。

I2C
SPI
独自方式

　I2Cの事例は、Arduino.ccでAD5171を利用例が説明されています。ここでは、2線を制御に用いた独自方法のMCP4012を利用します。SOT23の小型パッケージに入っているので、秋月電子通商の変換基板を利用してDIP化しました。

●MCP4012のおもなスペック

　タップ数はD-Aコンバータのビット数と同様な値で、分解能を表します。電源が入ると、前回設定した値が設定されます。

タップ数　64
抵抗値　2.1k、5k、10k、50kΩ（今回使用）
温度係数　50ppm
動作電圧　1.8～5.5V
温度範囲　-40～125℃

●抵抗値の増減タイミング

　増加時；U/DをHIGHにした後CSをLOWにしてシーケンスをスタートする。U/DをいったんLOWにし、スタート時から3usたってから再度500usの間HIGHにしたのちLOWにする。U/DをHIGHにし、つづいてCSをHIGHに、U/DをLOWにしCSをLOWにして終了。

　データシートのタイムチャートはFIGURE1-1です。

　下記のスケッチを動かして実測した波形です。

　減少時；U/DをLOWにした後CSをLOWにしてシーケンスをスタートする。U/DをいったんHIGHにし、スタート時から500usたってから再度HIGHにしたのち500us間LOWにする。U/DをHIGHにし、500us以降にCSをHIGHに、U/DをLOWにしCSをLOWにして終了。

　データシートのタイムチャートはFIGURE1-2です。

●接続

Arduino	MCP4012		Arduino
5V	1ピン（Vdd）	6ピン（A）	抵抗端子
GND	2ピン（Vss）	5ピン（W）	可動接点
9番	3ピン（U/D）	4ピン（CS）	8番

●スケッチ

　delayMicrosecondsは最小値が1ですが、確かめていませんが実際は数usになるようです。ns単位のコントロールはできないので、データシートにある3usというところだけを注意してdelayMicrosecondsの引数を決めました。

#define CS 9 // pin
#define UD 8 // pin

void setup() {
    pinMode(CS, OUTPUT);
    pinMode(UD, OUTPUT);
    digitalWrite(CS,HIGH);
    digitalWrite(UD,LOW);
    Serial.begin(9600);
}

void Increment() {
    digitalWrite(CS,HIGH);
    digitalWrite(UD,LOW);
    digitalWrite(UD,HIGH);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(CS,LOW);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,LOW);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,HIGH);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(UD,LOW); 
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(CS,HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,LOW);
    digitalWrite(CS,LOW); 
}

void Decrement() {
    digitalWrite(CS,HIGH);
    digitalWrite(UD,HIGH);
    digitalWrite(UD,LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(CS,LOW);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(UD,HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(CS,HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(UD,LOW);
    digitalWrite(CS,LOW);
}

void loop() {
    Serial.println("Decrement; d , Increment; i ");
    while (!Serial.available()); {
        char a = Serial.read();
        if(a == 'i'){
             Increment() ;Serial.print(" i ");
        } else if(a == 'd'){
             Decrement() ;Serial.print(" d ");
        }
    }
    delay(1000);
}

　5番と6番ピンをテスタの抵抗レンジで測定します。シリアルモニタの送信部分にdを入れると値は増加し、iを入れると抵抗値は下がります。