关键词： 转换器;自整角机

在新一代的仪器系统中,计算机软件和测试仪器更加紧密地结合在一起,仪器系统的硬件设备将更少,传统仪器的许多硬件以至整个仪器都被计算机软件代替,只需使用A/D转换器将待处理的信息转化为计算机接口数据,利用软件实现各种功能。自整角机—数字转换器将模拟的角度信号转变成数字信号,直接与计算机相连,实现仪器的智能化。
自整角机—数字转换器采用跟踪转换技术和模块化结构,属于跟踪式模数转换器。其输出为与TTL电平兼容的并行自然二进制码,进行角度或位移量的模数转换。

自整角机—数字转换器 (ZSZ)工作原理
12位自整角机—数字转换器(12SDC)的引脚图如图1所示。
VEL为速度电压输出端,输出信号是一个跟输入轴角角速度成比例的直流模拟信号,其极性跟输入轴角的转向有关。S3、S2、S1为信号输入端,信号电压的允许波动范围是+10%。RL、RH为参考信号输入端,参考信号的电压允许波动范围是+20%,频率波动范围是+10%。直流电源包括±15V、±5V,对电源要求允许波动范围不超过±10%,更不允许电源加反,否则会烧坏内部电路,造成转换器损坏。建议在三种电源与地之间分别并联0.1mF和10mF的滤波电容。为禁止信号输入端,它使输出数据稳定在其加入并延迟3ms的时刻。同时它将切断转换器内部跟踪环,使转换器处于非跟踪状态。当取消该信号后,转换器需要一定的时间再次跟踪。如果不用该端,由于内部接有上拉电阻,因此可以悬空。BUSY为忙信号输入端,其用于计算机检测转换器状态,当输入模拟信号变化一个转换器最低有效位对应的电量时,就输出一个约2.5ms宽的脉冲。若它为高电平,则表明转换器内部电路正在工作,输出数值不稳定,该值无效;只有当它为低电平时,数字输出端的数据有效,计算机可直接读取,如图2所示。DATA1~DATA12为数据输出端,采用二进制,DATA1为最高位,以此类推。
对于型号确定的转换器,可以通过在输入信号电压端加一定的电阻,实现自己所需要的信号电压。具体计算方法如下：若信号电压增加1V,就需在S1、S2、S3三端分别串联1.11KΩ电阻;若参考电压增加1V,只需在RH端串联2.2KΩ电阻。

图1 12位转换器引脚图

图2 转换器的工作状态

图3 自整角机—数字转换器设计框图

图4 电路原理图

图5 程序流程图

典型应用
按输出位数自整角机—数字转换器可分为10位、12位、14位等,这里采用的是12位的自整角机—数字转换器,精度已达到5.3分;信号电压输入为11.8V、参考输入电压为115V、400Hz。某自整角机的信号输出最大电压为17V,激磁为115V、400Hz。为了通过计算机对输出角度及定位性能进行检测,就必须通过自整角机—数字转换器将模拟的角度信号转换为计算机可处理的数字信号。其设计框图如图3所示。
单稳态电路采用74LS123,实现延迟,使锁存器中的内容不受输入信号的变化而变化,并且转换器的内部跟踪环路不受影响。由于输出数据端是12位,则三态锁存器用两个74LS373(或一个74LS373和一个74LS173 )。74LS123 的RC回路延迟时间必须大于BUSY信号的2.5ms ,因为只有当BUSY信号为低电平时,转换器输出的数字量才有效;一般取电阻R为10K,电容C取2200pF。信号电压为17V,因此需在每个信号的输入端加(17-11.8)×1.11=5.7KW电阻。图4为电路原理图。

软件设计
程序流程图如图5所示。如果到计算机的数据较多,可加数字I/O板,进行扩展,计算机对三态锁存器输出的数据读取比较简单。首先,对输出数据进行地址分配,然后按照二—十进制转换：,即可从计算机上读出角度。■

参考文献
1 金钰等编.伺服系统设计指导.北京理工大学出版社.2000.2
2 刁节涛等编.《数字电路与逻辑设计》.国防科技大学出版社.2000.4