自整角機—數字轉換器及其應用

關鍵詞： 轉換器;自整角機

在新一代的儀器系統中，計算機軟件和測試儀器更加緊密地結合在一起，儀器系統的硬件設備將更少，傳統儀器的許多硬件以至整個儀器都被計算機軟件代替，只需使用A/D轉換器將待處理的信息轉化為計算機接口數據，利用軟件實現各種功能。自整角機—數字轉換器將模擬的角度信號轉變成數字信號，直接與計算機相連，實現儀器的智能化。
自整角機—數字轉換器采用跟蹤轉換技術和模塊化結構，屬于跟蹤式模數轉換器。其輸出為與TTL電平兼容的并行自然二進制碼，進行角度或位移量的模數轉換。

自整角機—數字轉換器 (ZSZ)工作原理
12位自整角機—數字轉換器(12SDC)的引腳圖如圖1所示。
VEL為速度電壓輸出端，輸出信號是一個跟輸入軸角角速度成比例的直流模擬信號，其極性跟輸入軸角的轉向有關。S3、S2、S1為信號輸入端，信號電壓的允許波動范圍是+10%。RL、RH為參考信號輸入端，參考信號的電壓允許波動范圍是+20%，頻率波動范圍是+10%。直流電源包括±15V、±5V，對電源要求允許波動范圍不超過±10%，更不允許電源加反，否則會燒壞內部電路，造成轉換器損壞。建議在三種電源與地之間分別并聯0.1mF和10mF的濾波電容。為禁止信號輸入端，它使輸出數據穩定在其加入并延遲3ms的時刻。同時它將切斷轉換器內部跟蹤環，使轉換器處于非跟蹤狀態。當取消該信號后，轉換器需要一定的時間再次跟蹤。如果不用該端，由于內部接有上拉電阻，因此可以懸空。BUSY為忙信號輸入端，其用于計算機檢測轉換器狀態，當輸入模擬信號變化一個轉換器最低有效位對應的電量時，就輸出一個約2.5ms寬的脈沖。若它為高電平，則表明轉換器內部電路正在工作，輸出數值不穩定，該值無效；只有當它為低電平時，數字輸出端的數據有效，計算機可直接讀取，如圖2所示。DATA1~DATA12為數據輸出端，采用二進制，DATA1為最高位，以此類推。
對于型號確定的轉換器，可以通過在輸入信號電壓端加一定的電阻，實現自己所需要的信號電壓。具體計算方法如下：若信號電壓增加1V，就需在S1、S2、S3三端分別串聯1.11KΩ電阻；若參考電壓增加1V，只需在RH端串聯2.2KΩ電阻。

圖1 12位轉換器引腳圖

圖2 轉換器的工作狀態

圖3 自整角機—數字轉換器設計框圖

圖4 電路原理圖

圖5 程序流程圖

典型應用
按輸出位數自整角機—數字轉換器可分為10位、12位、14位等，這里采用的是12位的自整角機—數字轉換器，精度已達到5.3分；信號電壓輸入為11.8V、參考輸入電壓為115V、400Hz。某自整角機的信號輸出最大電壓為17V，激磁為115V、400Hz。為了通過計算機對輸出角度及定位性能進行檢測，就必須通過自整角機—數字轉換器將模擬的角度信號轉換為計算機可處理的數字信號。其設計框圖如圖3所示。
單穩態電路采用74LS123，實現延遲，使鎖存器中的內容不受輸入信號的變化而變化，并且轉換器的內部跟蹤環路不受影響。由于輸出數據端是12位，則三態鎖存器用兩個74LS373(或一個74LS373和一個74LS173 )。74LS123 的RC回路延遲時間必須大于BUSY信號的2.5ms ，因為只有當BUSY信號為低電平時，轉換器輸出的數字量才有效；一般取電阻R為10K，電容C取2200pF。信號電壓為17V，因此需在每個信號的輸入端加(17-11.8)×1.11=5.7KW電阻。圖4為電路原理圖。

軟件設計
程序流程圖如圖5所示。如果到計算機的數據較多，可加數字I/O板，進行擴展，計算機對三態鎖存器輸出的數據讀取比較簡單。首先，對輸出數據進行地址分配，然后按照二—十進制轉換：，即可從計算機上讀出角度?！?/P>

參考文獻
1 金鈺等編.伺服系統設計指導.北京理工大學出版社.2000.2
2 刁節濤等編.《數字電路與邏輯設計》.國防科技大學出版社.2000.4