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[導(dǎo)讀]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)計及應(yīng)用。接口電路采用三個旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊分別控制三路測角信號的數(shù)字量轉(zhuǎn)換,測角的時間周期短,精度高,且輸出順序不受硬件電路的限

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)計及應(yīng)用。接口電路采用三個旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊分別控制三路測角信號的數(shù)字量轉(zhuǎn)換,測角的時間周期短,精度高,且輸出順序不受硬件電路的限制,既可以三個角度同時準確輸出,也可以某一個角度單路輸出。接口電路已經(jīng)成功應(yīng)用在某平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)俯仰、橫滾、航向三個姿態(tài)角的測量中,能夠在平臺慣導(dǎo)100 ms的控制周期內(nèi)準確輸出三個姿態(tài)角,測角精度達到10”。接口電路在測量精度和時間周期上都達到了要求。
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)換器是角位移測量和控制的重要組件,它把測角模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號,廣泛應(yīng)用于飛行器姿態(tài)控制和檢測、導(dǎo)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(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,在要求多路信號切換速度較高的數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中,用一個數(shù)字轉(zhuǎn)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(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)用在某平臺慣導(dǎo)三個姿態(tài)角的測量中,測角速度快,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第716所生產(chǎn)的型號為19XSZ2413一S32的19位旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊,其測角精度能達到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(nèi)部原理框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計及分析
    整個接口電路主要由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分別對應(yīng)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(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接口電路的核心,由3個旋轉(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)換模塊中的兩個重要信號“INH”和“CB”分別控制輸入模擬信號的轉(zhuǎn)換和輸出19位數(shù)字信號的鎖存。INH禁止信號輸入端,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信號時,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信號時,鎖存器內(nèi)數(shù)據(jù)更新,此時禁止讀取數(shù)據(jù)。CB為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束的檢測信號,當(dāng)CB為高電平時,表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)處于跟蹤轉(zhuǎn)換狀態(tài),此時數(shù)據(jù)輸出不穩(wěn)定;當(dāng)CB為低電平時,表示轉(zhuǎn)換器內(nèi)已經(jīng)轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時數(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(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的INH,此時平臺慣導(dǎo)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)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(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(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)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(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成之后,CB自動變?yōu)榈?,從而使能LE,當(dāng)CPU讀取數(shù)據(jù)時,鎖存器OE使能,19位轉(zhuǎn)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(dāng)I/O CSl6信號有效時,通知系統(tǒng)板當(dāng)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(diào)試中通過調(diào)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?,F(xiàn)在電路中采用3個旋轉(zhuǎn)變壓器/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊分別控制三路角度量信號的轉(zhuǎn)換輸出,當(dāng)INH為邏輯“O”之后,經(jīng)過600 ns的延時,CB為“O”,CPU即

4 實驗結(jié)果
    利用實驗室已有的數(shù)字/旋轉(zhuǎn)變壓器板產(chǎn)生的信號作為輸入,角度測試結(jié)果如表1所示,實驗結(jié)果表明測角精度可以達到10”,滿足精度要求。

5 結(jié) 語
    該接口電路已經(jīng)應(yīng)用在某平臺慣導(dǎo)3個姿態(tài)角的測量中,工作正常,證明該電路設(shè)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(dǎo)系統(tǒng)三個姿態(tài)角的測角周期,達到應(yīng)用的目的。

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