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數字相位變換器又稱脈沖調相器，是鑒相型位置伺服系統中的主要控制線路。它的作用是將脈沖信號轉換為相位變化信號。在傳統的系統設計中，脈沖調相器是通過純硬件線路實現的，線路復雜、設計難度大、調試難度也較大。作者在旋轉變壓器鑒相型位置檢測系統中設計脈沖調相器時，改變傳統的純硬件設計方法，采用單片機實現脈沖調相，使硬件設計工作大大簡化，易于實現，且電路調試簡便。 1 脈沖調相器的工作原理 用一個頻率為fcp的時鐘脈沖去觸發一個容量為Ｍ的計數器時，如用四位二進制計數器，其容量為16，那么在計數器的最后一級輸出端可獲得一個頻率為1/16fcp的方波信號。如果在時鐘脈沖觸發計數器的過程中，向計數器加入一個額外的脈沖，則由于計數器提前完成16個數的計數任務，而使得最后一級的輸出提前翻轉，從而使計數器的輸出產生了一個正的相移Δθ，如圖1(a)所示。同理，在時鐘脈沖觸發計數器的過程中，如果扣除一個脈沖，則由于計數器推遲完成16個數的計數任務而使最后一級的輸出延時翻轉，從而導致其輸出產生一個負的相移Δθ，如圖1(b)。 Δθ與計數器容量有關，即Δθ=360°/M。如果在時鐘脈沖觸發計數器的過程中，向計數器加入或扣除的不止是一個脈沖，而是N個脈沖，則計數器輸出相移θ=NΔθ。 在上述旋轉變壓器鑒相型位置檢測系統中，要求脈沖調相器輸出400Hz的調相信號。一個脈沖產生的相移為Δθ＝1.8°，則計數器的容量應為200，觸發脈沖的頻率應為80kHz。 2 硬件電路 硬件電路如圖2所示。 2.1 電路實現的功能 (1)產生兩個頻率為80kHz的異步時鐘脈沖信號FA和FB； (2)在時鐘脈沖FA的反相信號作為計數脈沖觸發容量為200的計數器過程中，控制FB的反相信號插入計數脈沖，使計數器輸出信號相位前移；或阻塞進入計數器，即扣除脈沖，使計數器輸出信號相位后移。 2.2 工作原理 頻率為160kHz的時鐘脈沖源CP160K經二分頻器U1A分頻后產生兩個頻率為80kHz的方波信號Q和。Q和再分別與CP160K作與運算，由門U3A和U4A分別輸出?獲得兩個頻率為80kHz的異步脈沖信號和FB，波形如圖3所示。 無調相指令時，89C2051單片機將輸出位P1.2和P1.3均置成0。此時門U5A被打開，門U3B被封鎖并輸出１，打開門U4B，計數脈沖系列通過U4B觸發容量為100的計數器U6計數，在二分頻器U1B的第9腳輸出400Hz方波信號。當單片機接收到正調相指令時，將P1.2置為0，P1.3置為１，門U5A打開，通過門U5A，此時U3B也打開，FB通過門U3B變成，并和同時進入門U4B，形成計數脈沖系列。由于FA和FB是異步信號，因此達到了在計數脈沖系列中插入脈沖的目的，使計數器U6A多計一個數，從而使二分頻器U1B輸出信號相位前移，工作波形如圖4a所示。 當單片機接收到負調相指令時，將P1.2置為1，P1.3置為0。此時門U5A被封鎖并輸出1，時鐘脈沖被阻塞，同時門U3B被封鎖并輸出1，時鐘脈沖FB也被阻塞，達到了在計數脈沖系列中減去脈沖的目的，使計數器U6A少計一個數，從而使U1B輸出信號相位后移，波形如圖4b所示。 3 軟件設計 程序設計的主要思路是：執行正方向調相時，根據給定的脈沖數(假設脈沖數為N)，控制P1.3的狀態，實現插入N個的操作，參見圖4(a)；執行負方向調相時，根據給定的脈沖數N，控制P1.2的狀態，實現阻塞N個的操作，參見圖4?b 。程序框圖如圖5所示，程序清單見程序1和程序2，其中寄存器Ｂ中存放給定脈沖數N。 程序1：正方向調相程序 MA6： MOV A，B JZ MA4 MA7： JB P1.6? $ JNB P1.6? $ NOP SETB P1.3 JB P3.1? $ JNB P3.1? $ CLR P1.3 DJNZ B MA7 MA4 RET 程序2： 負方向調相程序 MA8： MOV A， B JZ MA9 MA10： JB P1.6? $ JNB P1.6? $ NOP SETB P1.2 JB P1.6? $ JNB P1.6? $ CLR P1.2 DJNZ B MA10 MA9? RET 通過該系統的設計，體會到在一些復雜數字電路的設計中，如果處理速度允許，采用類似AT89C2051的低價位單片機來實現其中的部分硬件電路功能，可降低設計難度、縮短研制時間、提高設計效率。隨著微機處理速度的不斷提高，這種方法會獲得更廣泛的應用。 |
