基于ATmega16的數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)計(jì)

摘要：為了對旋轉(zhuǎn)變壓器(簡稱旋變)的信號進(jìn)行仿真，通過使用AVR單片機(jī)ATmega16和AD5293實(shí)現(xiàn)一種電阻式數(shù)字旋變的電路設(shè)計(jì)。利用SPI總線對AD5293進(jìn)行通信及設(shè)置。數(shù)字旋變模擬輸出旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的正弦信號和余弦信號，可替代真實(shí)的旋轉(zhuǎn)變壓器，達(dá)到測試解碼解算電路的目的。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)適用于旋轉(zhuǎn)變壓器的仿真。
關(guān)鍵詞：數(shù)字旋轉(zhuǎn)變壓器；SPI總線；AD5293；ATmega16

0 引言
在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，經(jīng)常要對被控對象的角位移進(jìn)行測量并加以控制。這些領(lǐng)域中使用的傳感器件主要是旋轉(zhuǎn)變壓器(簡稱旋變)。在自動化測試中，對旋變解碼器的測試往往需要用到復(fù)雜而昂貴的測試設(shè)備。這些設(shè)備往往體積大，成本高。設(shè)計(jì)了一種以ATmega16為核心的數(shù)字旋變，既能滿足旋變解碼器測試的需要，又具備體積小，成本低的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)變壓器的仿真。

1 旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理
旋轉(zhuǎn)變壓器也是一種變壓器。和普通變壓器不同，旋變的原邊與副邊的比例不是固定的，因此輸出的電壓比也不是常數(shù)。旋變是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時(shí)，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣示意圖如圖1所示。

旋變的輸入輸出電壓之間的有一定的函數(shù)關(guān)系。設(shè)旋變的激勵頻率為fsourse，激勵的幅度為E。則激勵信號電壓隨時(shí)間變化可以表示為：

通過檢測這兩組輸出信號，解碼器可以計(jì)算出旋變的位置信息。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要由電源、單片機(jī)控制電路、數(shù)字可變電阻、調(diào)理電路、通信電路和反相電路構(gòu)成。數(shù)字旋變原理如圖2所示。當(dāng)數(shù)字可變電阻在0～20 kΩ之間變化時(shí)，經(jīng)過反相電路和調(diào)理電路，數(shù)字旋變輸出與激勵頻率相同的正弦信號和余弦信號，進(jìn)而把產(chǎn)生的信號提供給旋變解算單元。

當(dāng)通信電路收到上位機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)通過解析上位機(jī)的數(shù)據(jù)，分別設(shè)定兩組數(shù)字可變電阻。激勵信號經(jīng)過數(shù)字可變電阻的分壓后，得到了初步的處理，幅值產(chǎn)生了變化。單片機(jī)ATmega16通過判斷要設(shè)定的角度是在哪個(gè)象限，決定是否對正弦信號或余弦信號進(jìn)行反相。最后經(jīng)過信號調(diào)理電路輸出到解算系統(tǒng)。調(diào)理電路用于提高數(shù)字旋變的輸出阻抗。