三路旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊接口電路設(shè)計(jì)

摘 要：介紹基于ISA總線的三路旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊接口電路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。接口電路采用三個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊分別控制三路測(cè)角信號(hào)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換，測(cè)角的時(shí)間周期短，精度高，且輸出順序不受硬件電路的限制，既可以三個(gè)角度同時(shí)準(zhǔn)確輸出，也可以某一個(gè)角度單路輸出。接口電路已經(jīng)成功應(yīng)用在某平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)俯仰、橫滾、航向三個(gè)姿態(tài)角的測(cè)量中，能夠在平臺(tái)慣導(dǎo)100 ms的控制周期內(nèi)準(zhǔn)確輸出三個(gè)姿態(tài)角，測(cè)角精度達(dá)到10”。接口電路在測(cè)量精度和時(shí)間周期上都達(dá)到了要求。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊；ISA總線；接口電路；平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)

0 引 言
    旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換器是角位移測(cè)量和控制的重要組件，它把測(cè)角模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，廣泛應(yīng)用于飛行器姿態(tài)控制和檢測(cè)、導(dǎo)彈控制、雷達(dá)天線監(jiān)控、火控系統(tǒng)等軍事裝備中。隨著集成電路的高速發(fā)展，這種類(lèi)型的轉(zhuǎn)換器已有許多產(chǎn)品以固態(tài)電路封裝形式應(yīng)市。在國(guó)內(nèi)這種數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊有12位到22位不等，轉(zhuǎn)換精度基本能夠滿足應(yīng)用需求，但由于數(shù)字轉(zhuǎn)換器內(nèi)部響應(yīng)速度的限制，轉(zhuǎn)換器只能跟蹤一定速度范圍內(nèi)的軸角變化，在要求多路信號(hào)切換速度較高的數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，用一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊控制多路信號(hào)的數(shù)字量輸出時(shí)，將不可避免地出現(xiàn)數(shù)字量輸出滯后于軸角的變化。為了準(zhǔn)確地獲取角度信號(hào)，就需要增加多路測(cè)角的時(shí)間周期，為此介紹一種基于ISA總線的三路旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊接口電路，該電路已經(jīng)成功應(yīng)用在某平臺(tái)慣導(dǎo)三個(gè)姿態(tài)角的測(cè)量中，測(cè)角速度快，精度高。

l 旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊工作原理
    旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊是電路的重要元器件，根據(jù)需求采用中船重工集團(tuán)第716所生產(chǎn)的型號(hào)為19XSZ2413一S32的19位旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，其測(cè)角精度能達(dá)到10”。根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的基本原理生產(chǎn)出的旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，其內(nèi)部包括粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器、精通道旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器、雙速處理器和三態(tài)鎖存器。粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字角度，精通道旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成14位數(shù)字角度，兩數(shù)字角度量再經(jīng)一個(gè)雙速處理器進(jìn)行硬件實(shí)時(shí)糾錯(cuò)處理、粗精組合后，輸出一個(gè)19位并行數(shù)字角度量到鎖存器。該模塊內(nèi)部原理框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)及分析
    整個(gè)接口電路主要由3部分構(gòu)成：譯碼電路、旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊控制電路和脈寬控制電路，接口電路原理框圖如圖2所示。

2．1 譯碼電路
    譯碼電路主要由譯碼芯片SN74HC154組成，用來(lái)產(chǎn)生接口電路的端口地址。當(dāng)ISA總線的地址線SA15～SA10，SA4和SA0為邏輯“O”，SA9～SA7和SA5為邏輯“1”，SA1，SA2，SA3，SA6分別對(duì)應(yīng)SN74HCl54的輸入端A，B，C，D時(shí)，選通接口電路，由此知該接口電路的地址范圍為：0x03AO～Ox03AE和0x03EO～0x03EA，其中，0x03EO～Ox03EA分別為讀俯仰、橫滾、航向的低16位和高3位數(shù)字信號(hào)，0x03A0和Ox03A8分別為三路同時(shí)解除和禁止INH信號(hào)，Ox03A2～0x03A6分別為解除俯仰、橫滾、航向的INH信號(hào)，0x03AA～Ox03E分別為禁止俯仰、橫滾、航向的INH信號(hào)。
2．2 旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊控制電路
    三路旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊控制電路是整個(gè)接口電路的核心，由3個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊及其外圍控制電路組成。旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊中的兩個(gè)重要信號(hào)“INH”和“CB”分別控制輸入模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換和輸出19位數(shù)字信號(hào)的鎖存。INH禁止信號(hào)輸入端，內(nèi)部已經(jīng)用上拉電阻接到+5 V，當(dāng)INH為邏輯“0”，即禁止INH信號(hào)時(shí)，延遲600 ns后鎖存器內(nèi)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)INH為邏輯“1”，即解除INH信號(hào)時(shí)，鎖存器內(nèi)數(shù)據(jù)更新，此時(shí)禁止讀取數(shù)據(jù)。CB為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束的檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)CB為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)處于跟蹤轉(zhuǎn)換狀態(tài)，此時(shí)數(shù)據(jù)輸出不穩(wěn)定；當(dāng)CB為低電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)已經(jīng)轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定有效，可以讀取。其中一路旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊控制電路原理框圖如圖3所示。

    該電路在工控機(jī)剛開(kāi)始上電時(shí)，“RES”(RESET DRV)輸出一負(fù)脈沖，此時(shí)SN54HC74的Q輸出為高，此信號(hào)用來(lái)控制旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的INH，此時(shí)平臺(tái)慣導(dǎo)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的俯仰、橫滾、航向3個(gè)姿態(tài)角的粗精通道正余弦模擬信號(hào)進(jìn)入19XSZ2413一S32旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，這是電路工作的初始狀態(tài)。之后旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)編程控制地址譯碼的輸出，實(shí)現(xiàn)三路模塊同時(shí)工作或單路模塊工作。其中，對(duì)3塊旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊CB信號(hào)的控制采用查詢(xún)方式，CB用來(lái)控制鎖存器U1，U2和U3(SN74HC373)的使能端LE，由于輸出為19位數(shù)字量，所以采用3個(gè)SN74HC373，當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之后，CB自動(dòng)變?yōu)榈?，從而使能LE，當(dāng)CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)，鎖存器OE使能，19位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)同時(shí)打入3個(gè)鎖存器等待CPU的讀取。
2．3 脈寬控制電路
    脈寬控制電路主要用來(lái)控制ISA接口板上的I／O CSl6，當(dāng)I／O CSl6信號(hào)有效時(shí)，通知系統(tǒng)板當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送是一個(gè)有等待狀態(tài)的16位I／O周期。在電路調(diào)試中通過(guò)調(diào)節(jié)R1，C11的大小可以控制I／O CSl6低脈沖的時(shí)間，使得通過(guò)ISA總線讀取低16位數(shù)據(jù)時(shí)正確穩(wěn)定。現(xiàn)在電路中采用3個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器／數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊分別控制三路角度量信號(hào)的轉(zhuǎn)換輸出，當(dāng)INH為邏輯“O”之后，經(jīng)過(guò)600 ns的延時(shí)，CB為“O”，CPU即

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    利用實(shí)驗(yàn)室已有的數(shù)字／旋轉(zhuǎn)變壓器板產(chǎn)生的信號(hào)作為輸入，角度測(cè)試結(jié)果如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)角精度可以達(dá)到10”，滿足精度要求。

5 結(jié) 語(yǔ)
    該接口電路已經(jīng)應(yīng)用在某平臺(tái)慣導(dǎo)3個(gè)姿態(tài)角的測(cè)量中，工作正常，證明該電路設(shè)計(jì)合理。在電路中測(cè)角精度達(dá)到10”，能夠滿足精度要求，更重要的是縮短了該平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)三個(gè)姿態(tài)角的測(cè)角周期，達(dá)到應(yīng)用的目的。