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0 引 言 旋轉變壓器／數(shù)字轉換器是角位移測量和控制的重要組件，它把測角模擬量轉換成數(shù)字量信號，廣泛應用于飛行器姿態(tài)控制和檢測、導彈控制、雷達天線監(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，這種類型的轉換器已有許多產品以固態(tài)電路封裝形式應市。在國內這種數(shù)字轉換器模塊有12位到22位不等，轉換精度基本能夠滿足應用需求，但由于數(shù)字轉換器內部響應速度的限制，轉換器只能跟蹤一定速度范圍內的軸角變化，在要求多路信號切換速度較高的數(shù)字轉換系統(tǒng)中，用一個數(shù)字轉換器模塊控制多路信號的數(shù)字量輸出時，將不可避免地出現(xiàn)數(shù)字量輸出滯后于軸角的變化。為了準確地獲取角度信號，就需要增加多路測角的時間周期，為此介紹一種基于ISA總線的三路旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊接口電路，該電路已經成功應用在某平臺慣導三個姿態(tài)角的測量中，測角速度快，精度高。 1 旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊工作原理 旋轉變壓器／數(shù)字轉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第716所生產的型號為19XSZ2413一S32的19位旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊，其測角精度能達到10”。根據(jù)旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊的基本原理生產出的旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊，其內部包括粗通道旋轉變壓器到數(shù)字轉換器、精通道旋轉變壓器到數(shù)字轉換器、雙速處理器和三態(tài)鎖存器。粗通道旋轉變壓器到數(shù)字轉換器轉換成12位數(shù)字角度，精通道旋轉變壓器到數(shù)字轉換器轉換成14位數(shù)字角度，兩數(shù)字角度量再經一個雙速處理器進行硬件實時糾錯處理、粗精組合后，輸出一個19位并行數(shù)字角度量到鎖存器。該模塊內部原理框圖如圖1所示。 2 硬件設計及分析 整個接口電路主要由3部分構成：譯碼電路、旋轉變壓器／數(shù)字轉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，用來產生接口電路的端口地址。當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分別對應SN74HCl54的輸入端A，B，C，D時，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，0x03A0和Ox03A8分別為三路同時解除和禁止INH信號，Ox03A2～0x03A6分別為解除俯仰、橫滾、航向的INH信號，0x03AA～Ox03E分別為禁止俯仰、橫滾、航向的INH信號。 2．2 旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊控制電路 三路旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊控制電路是整個接口電路的核心，由3個旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊及其外圍控制電路組成。旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊中的兩個重要信號“INH”和“CB”分別控制輸入模擬信號的轉換和輸出19位數(shù)字信號的鎖存。INH禁止信號輸入端，內部已經用上拉電阻接到+5 V，當INH為邏輯“0”，即禁止INH信號時，延遲600 ns后鎖存器內數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可讀取數(shù)據(jù)；當INH為邏輯“1”，即解除INH信號時，鎖存器內數(shù)據(jù)更新，此時禁止讀取數(shù)據(jù)。CB為數(shù)據(jù)轉換結束的檢測信號，當CB為高電平時，表示轉換器內處于跟蹤轉換狀態(tài)，此時數(shù)據(jù)輸出不穩(wěn)定；當CB為低電平時，表示轉換器內已經轉換結束，此時數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定有效，可以讀取。其中一路旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊控制電路原理框圖如圖3所示。 該電路在工控機剛開始上電時，“RES”(RESET DRV)輸出一負脈沖，此時SN54HC74的Q輸出為高，此信號用來控制旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊的INH，此時平臺慣導內部旋轉變壓器輸出的俯仰、橫滾、航向3個姿態(tài)角的粗精通道正余弦模擬信號進入19XSZ2413一S32旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊，這是電路工作的初始狀態(tài)。之后旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊通過編程控制地址譯碼的輸出，實現(xiàn)三路模塊同時工作或單路模塊工作。其中，對3塊旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊CB信號的控制采用查詢方式，CB用來控制鎖存器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SN74HC373，當數(shù)據(jù)轉換完成之后，CB自動變?yōu)榈停瑥亩鼓躄E，當CPU讀取數(shù)據(jù)時，鎖存器OE使能，19位轉換數(shù)據(jù)同時打入3個鎖存器等待CPU的讀取。 2．3 脈寬控制電路 脈寬控制電路主要用來控制ISA接口板上的I／O CSl6，當I／O CSl6信號有效時，通知系統(tǒng)板當前的數(shù)據(jù)傳送是一個有等待狀態(tài)的16位I／O周期。在電路調試中通過調節(jié)R1，C11的大小可以控制I／O CSl6低脈沖的時間，使得通過ISA總線讀取低16位數(shù)據(jù)時正確穩(wěn)定。現(xiàn)在電路中采用3個旋轉變壓器／數(shù)字轉換模塊分別控制三路角度量信號的轉換輸出，當INH為邏輯“O”之后，經過600 ns的延時，CB為“O”，CPU即 4 實驗結果 利用實驗室已有的數(shù)字／旋轉變壓器板產生的信號作為輸入，角度測試結果如表1所示，實驗結果表明測角精度可以達到10”，滿足精度要求。 5 結 語 該接口電路已經應用在某平臺慣導3個姿態(tài)角的測量中，工作正常，證明該電路設計合理。在電路中測角精度達到10”，能夠滿足精度要求，更重要的是縮短了該平臺慣導系統(tǒng)三個姿態(tài)角的測角周期，達到應用的目的。 |
