自整角机—数字转换器及其应用
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
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