基于PC/104總線的旋轉變壓器/數字轉換電路設計

　　摘要：傳統的軸角/數字轉換電路復雜、可靠性低。隨著大規模集成電路的發展，模塊化的軸角/數字轉換器不斷推新且廣泛應用于各種導航系統的方位角和縱橫搖姿態角信息的測量系統中，用于大型雷達設施的方位角與仰角信息的檢測與控制等，某尋北儀系統由于工作環境惡劣、機動頻繁等因素，采用了基于PC/104總線的工控機，提高了系統的可靠性。本文介紹了一種實用的軸角/數字轉換器14XSZ3412-01及其在某尋北儀系統中的應用。
　　
　　1、工作原理及引腳功能
　　
　　14XSZ3412-01是一種超小型化、采用跟蹤轉換技術的旋轉變壓器/數字轉換器，他應用了二階伺服回路，且在數字輸出端包含三態鎖存器。輸入信號可以是來自4線旋轉變壓器信號和參考，輸出是經三態鎖存器、與TTL電平兼容的并行自然二進制碼數字量，三態輸出能使多個轉換器直接掛在數據總線上，而且在使用禁止信號INH時不斷開轉換器內部回路。字節選擇信號“BYSEL”的設置極大的方便了數據總線寬度為8b的用戶，用戶可以在8b寬的總線上得到16b字長的數據，而無需外部接線。
　　
　　轉換器的引腳（如圖1）按其功能說明如下：
　　
　　直流供電引腳包括+5V，GND（地），+15V，-15V四個引腳，直流電源的波動范圍為±10%，建議在電路板上+5V，+15V和-15V到GND之間分別并聯1個0.1μF和1個6.8μF的濾波電容。　　
　　CASE端與外殼相通，使用時需將該端接機殼地。
　　
　　輸入模擬信號引腳旋轉變壓器引線端D1，D2及Z1，Z2，Z3，Z4分別與轉換器引腳RH，RL及S1，S2，S3，S4一一對應連接。
　　
　　控制信號引腳有INH，EN，BYSEL三個引腳。
　　
　　計算機與外部設備交換數據時，常對外設發送設備選擇信號CS和讀信號RD，當數據總線為8位寬度時，計算機還需要發送字節選擇信號BYSEL信號。XSZ轉換模塊與計算機之間轉換數據的能力與一般外部設備一樣具有兼容性。INH引腳與計算機的CS信號相連，EN引腳與RD信號相連，BYSEL引腳與計算機的字節選擇控制信號相連，當用戶使用8位寬度的數據總線時，只需將XSZ的高8位依次連接到8位數據總線上。當BYSEL為高電平時，轉換器高字節數據輸出，當BYSEL為低電平時，轉換器低字節數據送到總線上，在字輸出時，轉換器的BYSEL引腳應接高電平（或懸空），并且模塊輸出全量與16位總線一一相連。
　　
　　狀態信號引腳BUSY。當“BUSY”為高電平時，表示轉換器內部二階電子伺服環境正在工作，數字輸出端不能直接輸出；反之計算機可直接從數字輸出端讀取轉換數據。
　　
　　數字輸出信號引腳數字輸出取自引腳1-14，引腳“1”代替zui高位（MSB），“14”代表zui低位（LSB）。
　　
　　2、數據傳輸方法
　　
　　該轉換器的數據傳輸方法有2種常用方法：
　　
　　（1）檢測“忙”（BUSY）信號
　　
　　圖2所示當計算機讀取數據時，可對BUSY進行檢測，若UBSY為“1”，則數據無效，反之則數據有效，這里，可把“使能”（EN）端連接“讀”信號。　　
　　（2）施加“禁止”（INH）信號
　　
　　如圖3所示，當需進行數據傳輸時，計算機可向INH端發一個邏輯低電平，從而阻止了鎖存器的刷新。當INH端被置于低電平并延遲600ns后，便可讀取數據。　　
　　3、與PC/104總線的接口設計
　　
　　14XSZ3412-01與PC/104總線接口的硬件電路結構如圖4所示，圖中，A/D轉換器的S1，S2，S3，S4端分別與旋轉變壓器的輸出信號引腳D1，D2，D3，D4一一對應連接，RH，RL分別接旋轉變壓器的激磁引線端Z1，Z2，CASE接機殼地。CPU通過8255來控制XSZ模塊的工作，包括啟動讀數的控制信號，高低字節選擇信號等，其工作原理為當需進行數據傳輸時由CPU通過8255向XSZ模塊的INH端發送低電平，以禁止XSZ模塊鎖存器的數據刷新，當INH被置于低電平并延遲600ns后，CPU便可讀取數據，讀取數據時通過控制BYSEL端的高低電平即可讀取高低字節數據，EN與地相連，則計算機可以隨時讀取數據。　　
　　以某尋北儀系統測量方位角為例，給出數據采集部分的程序如下（系統中8255命令字口地址為0x3f6）：　　
　　4、結語
　　
　　介紹了旋轉變壓器/數字轉換器14XSZ3412-01的工作原理和數據傳輸方法，給出了與PC/104總線的接口電路設計和數據采集程序，該設計已成功應用于某方位角測量系統中，實踐證明，該設計合理，能夠滿足系統要求。