尋北儀系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

摘要：簡(jiǎn)要介紹了旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的工作原理和數(shù)據(jù)傳輸方法，探討了其在尋北儀系統(tǒng)中與PC/104總線的接口電路設(shè)計(jì)，并且給出了A/D轉(zhuǎn)換程序。 
關(guān)鍵詞：PC/104總線；旋轉(zhuǎn)變壓器；軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換；尋北儀

1 引言
    尋北儀在軍事和民用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，它可以測(cè)出載體縱軸與真北的夾角，為飛機(jī)、船舶等提供方位基準(zhǔn)。尋北儀系統(tǒng)中采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為方位角測(cè)量元件，因此必須設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)變壓器模擬量-數(shù)字量轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)方位角測(cè)量。傳統(tǒng)的由分立元件組成的轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，取而代之的是集成化的軸角/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊。本文介紹了一種實(shí)用的軸角/數(shù)字轉(zhuǎn)換器16XSZ2412-01及其在尋北儀系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 工作原理及引腳功能
    江蘇自動(dòng)化研究所研發(fā)的16XSZ2412-0l是一種超小型化、采用跟蹤轉(zhuǎn)換技術(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它應(yīng)用了二階伺服回路，且在數(shù)字輸出端包含三態(tài)鎖存器。輸入信號(hào)可以來自四線旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)和參考。輸出是經(jīng)三態(tài)鎖存器、與TTL電平兼容的并行自然二進(jìn)制碼數(shù)字量。三態(tài)輸出能使多個(gè)轉(zhuǎn)換器直接掛在數(shù)據(jù)總線上，而且在使用禁止信號(hào)INH時(shí)不斷開轉(zhuǎn)換器內(nèi)部回路。字節(jié)選擇信號(hào)“BYSEL”的設(shè)置極大方便了數(shù)據(jù)總線寬度為8 bit的用戶。用戶可以在8 bit寬的總線上得到16 bit字
長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，而無需外部接線。
    16XSZ2412-01轉(zhuǎn)換器的引腳排列如圖l所示，引腳功能說明如下：

    (1)直流供電引腳：包括+5 V、GND、+15 V、-15V四個(gè)引腳。直流電源的波動(dòng)范圍為±10％。建議在電路板的+5 V、+15 V、-15 V到GND之間分別并聯(lián)一個(gè)0.1μF和一個(gè)6.8μF的濾波電容。
    (2)CASE端：與外殼相通，使用時(shí)需將該端接機(jī)殼地。
    (3)輸入模擬信號(hào)引腳：旋轉(zhuǎn)變壓器引線端D1、D2及Z1、Z2、Z3、Z4分別與轉(zhuǎn)換器引腳RH、RL及Sl、S2、S3、S4一一對(duì)應(yīng)連接。
    (4)控制信號(hào)引腳：INH、EN、BYSEL.
    計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí),常對(duì)外設(shè)發(fā)送設(shè)備選擇信號(hào)CS和讀信號(hào)RD,當(dāng)數(shù)據(jù)總線為8位寬度時(shí),計(jì)算機(jī)還需要發(fā)送字節(jié)選擇信號(hào)BYSEL。XSZ轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算機(jī)之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的能力與一般外部設(shè)備一樣具有兼容性。INH引腳與計(jì)算機(jī)的CS信號(hào)相連，EN引腳與RD信號(hào)相連,BYSEL引腳與計(jì)算機(jī)的字節(jié)選擇控制信號(hào)相連。當(dāng)用戶使用8位寬度的數(shù)據(jù)總線時(shí)，只需將XSZ的高8位依次連接到8位數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)BYSEL為高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器高字節(jié)數(shù)據(jù)輸出，當(dāng)BYSEL為低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換器低字節(jié)數(shù)據(jù)送到總線上。在字輸出時(shí)，轉(zhuǎn)換器的BY-SEL引腳應(yīng)接高電平(或懸空)，并且模塊輸出全量與16位總線一一相連。
    (5)狀態(tài)信號(hào)引腳：BUSY。當(dāng)BUSY為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)部二階電子伺服環(huán)路正在工作，數(shù)字輸出端不能直接輸出；反之計(jì)算機(jī)可直接從數(shù)字輸出端讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
    (6)數(shù)字輸出信號(hào)引腳：數(shù)字輸出取自引腳1～16。
    引腳1代表最高位(MSB)，引腳16代表最低位(LSB)。
    通常情況下，轉(zhuǎn)換器對(duì)其輸入信號(hào)電壓和參考電壓的最大幅度都有明確規(guī)定。當(dāng)所用的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓超過轉(zhuǎn)換器額定輸入值時(shí)，必須在信號(hào)輸入線上串入比例匹配電阻。外加匹配電阻的計(jì)算方法是：信號(hào)每增加1 V，分別在S1、S2、S3、S4端串聯(lián)一個(gè)1.11 kΩ電阻，參考電壓每增加1 V，就在RH端串聯(lián)一個(gè)2.2 kΩ電阻。

3 數(shù)據(jù)傳輸方法
    該轉(zhuǎn)換器常用的數(shù)據(jù)傳輸方法有兩種。
3.1 檢測(cè)“忙”(BUSY)信號(hào)
    當(dāng)計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可對(duì)BUSY進(jìn)行檢測(cè)，如圖2所示。若BUSY為“1”，則數(shù)據(jù)無效，反之則數(shù)據(jù)有效。這里，可把“使能”(EN)端連接“讀”信號(hào)。

3.2 施加“禁止”(INH)信號(hào)
    如圖3所示，當(dāng)需進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，計(jì)算機(jī)可向INH端發(fā)一個(gè)邏輯低電平，從而阻止鎖存器的刷新。當(dāng)INH端被置于低電平并延遲600 n8后，便可讀取數(shù)據(jù)。

4 與PC/104總線的接口設(shè)計(jì)
    尋北儀系統(tǒng)中，方位角信號(hào)通過單極旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量。旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)輸出電壓為11.8 V，參考電壓為26 V，正好和旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器16XSZ2412-01的信號(hào)輸入電壓、參考電壓相同，故不須串接比例匹配電阻。16XSZ2412-0l與PC/104總線接口的硬件電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

    圖中，A/D轉(zhuǎn)換器的S1、S2、S3、S4端分別與旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)引腳Dl、D2、D3、D4一一對(duì)應(yīng)連接，RH、RL分別接旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁引線端Z1、Z2，CASE接機(jī)殼地。CPU通過8255來控制XSZ模塊的工作，包括啟動(dòng)讀數(shù)的控制信號(hào)、高低字節(jié)選擇信號(hào)等。其工作原理為：當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)由CPU通過8255向XSZ模塊的INH端發(fā)送一低電平，以禁止XSZ模塊鎖存器的數(shù)據(jù)刷新，當(dāng)INH被置于低電平并延遲600 ns后，CPU便可讀取數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時(shí)通過控制BYSEL端的高低電平即可讀取高低字節(jié)數(shù)據(jù)。下面給出數(shù)據(jù)采集部分的程序(系統(tǒng)中8255命令字口地址為73F3H)：

5 結(jié)束語
    本文介紹了旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器16XSZ24-12-01的工作原理和數(shù)據(jù)傳輸方法，給出了其與PC/104總線的接口電路設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集程序。該設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于某尋北儀系統(tǒng)中，實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)合理，能夠滿足系統(tǒng)要求。