自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用

關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)換器;自整角機(jī)

在新一代的儀器系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)軟件和測(cè)試儀器更加緊密地結(jié)合在一起，儀器系統(tǒng)的硬件設(shè)備將更少，傳統(tǒng)儀器的許多硬件以至整個(gè)儀器都被計(jì)算機(jī)軟件代替，只需使用A/D轉(zhuǎn)換器將待處理的信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)接口數(shù)據(jù)，利用軟件實(shí)現(xiàn)各種功能。自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬的角度信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，直接與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)儀器的智能化。
自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用跟蹤轉(zhuǎn)換技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)，屬于跟蹤式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其輸出為與TTL電平兼容的并行自然二進(jìn)制碼，進(jìn)行角度或位移量的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ZSZ)工作原理
12位自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器(12SDC)的引腳圖如圖1所示。
VEL為速度電壓輸出端，輸出信號(hào)是一個(gè)跟輸入軸角角速度成比例的直流模擬信號(hào)，其極性跟輸入軸角的轉(zhuǎn)向有關(guān)。S3、S2、S1為信號(hào)輸入端，信號(hào)電壓的允許波動(dòng)范圍是+10%。RL、RH為參考信號(hào)輸入端，參考信號(hào)的電壓允許波動(dòng)范圍是+20%，頻率波動(dòng)范圍是+10%。直流電源包括±15V、±5V，對(duì)電源要求允許波動(dòng)范圍不超過(guò)±10%，更不允許電源加反，否則會(huì)燒壞內(nèi)部電路，造成轉(zhuǎn)換器損壞。建議在三種電源與地之間分別并聯(lián)0.1mF和10mF的濾波電容。為禁止信號(hào)輸入端，它使輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定在其加入并延遲3ms的時(shí)刻。同時(shí)它將切斷轉(zhuǎn)換器內(nèi)部跟蹤環(huán)，使轉(zhuǎn)換器處于非跟蹤狀態(tài)。當(dāng)取消該信號(hào)后，轉(zhuǎn)換器需要一定的時(shí)間再次跟蹤。如果不用該端，由于內(nèi)部接有上拉電阻，因此可以懸空。BUSY為忙信號(hào)輸入端，其用于計(jì)算機(jī)檢測(cè)轉(zhuǎn)換器狀態(tài)，當(dāng)輸入模擬信號(hào)變化一個(gè)轉(zhuǎn)換器最低有效位對(duì)應(yīng)的電量時(shí)，就輸出一個(gè)約2.5ms寬的脈沖。若它為高電平，則表明轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路正在工作，輸出數(shù)值不穩(wěn)定，該值無(wú)效；只有當(dāng)它為低電平時(shí)，數(shù)字輸出端的數(shù)據(jù)有效，計(jì)算機(jī)可直接讀取，如圖2所示。DATA1~DATA12為數(shù)據(jù)輸出端，采用二進(jìn)制，DATA1為最高位，以此類(lèi)推。
對(duì)于型號(hào)確定的轉(zhuǎn)換器，可以通過(guò)在輸入信號(hào)電壓端加一定的電阻，實(shí)現(xiàn)自己所需要的信號(hào)電壓。具體計(jì)算方法如下：若信號(hào)電壓增加1V，就需在S1、S2、S3三端分別串聯(lián)1.11KΩ電阻；若參考電壓增加1V，只需在RH端串聯(lián)2.2KΩ電阻。

圖1 12位轉(zhuǎn)換器引腳圖

圖2 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)

圖3 自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)框圖

圖4 電路原理圖

圖5 程序流程圖

典型應(yīng)用
按輸出位數(shù)自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器可分為10位、12位、14位等，這里采用的是12位的自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器，精度已達(dá)到5.3分；信號(hào)電壓輸入為11.8V、參考輸入電壓為115V、400Hz。某自整角機(jī)的信號(hào)輸出最大電壓為17V，激磁為115V、400Hz。為了通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)輸出角度及定位性能進(jìn)行檢測(cè)，就必須通過(guò)自整角機(jī)—數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬的角度信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號(hào)。其設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。
單穩(wěn)態(tài)電路采用74LS123，實(shí)現(xiàn)延遲，使鎖存器中的內(nèi)容不受輸入信號(hào)的變化而變化，并且轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部跟蹤環(huán)路不受影響。由于輸出數(shù)據(jù)端是12位，則三態(tài)鎖存器用兩個(gè)74LS373(或一個(gè)74LS373和一個(gè)74LS173 )。74LS123 的RC回路延遲時(shí)間必須大于BUSY信號(hào)的2.5ms ，因?yàn)橹挥挟?dāng)BUSY信號(hào)為低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量才有效；一般取電阻R為10K，電容C取2200pF。信號(hào)電壓為17V，因此需在每個(gè)信號(hào)的輸入端加(17-11.8)×1.11=5.7KW電阻。圖4為電路原理圖。

軟件設(shè)計(jì)
程序流程圖如圖5所示。如果到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)較多，可加數(shù)字I/O板，進(jìn)行擴(kuò)展，計(jì)算機(jī)對(duì)三態(tài)鎖存器輸出的數(shù)據(jù)讀取比較簡(jiǎn)單。首先，對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行地址分配，然后按照二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換：，即可從計(jì)算機(jī)上讀出角度?！?/P>

參考文獻(xiàn)
1 金鈺等編.伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京理工大學(xué)出版社.2000.2
2 刁節(jié)濤等編.《數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)》.國(guó)防科技大學(xué)出版社.2000.4