三路旋转变压器／数字转换模块接口电路设计

摘 要：介绍基于ISA总线的三路旋转变压器／数字转换模块接口电路的设计及应用。接口电路采用三个旋转变压器／数字转换模块分别控制三路测角信号的数字量转换，测角的时间周期短，精度高，且输出顺序不受硬件电路的限制，既可以三个角度同时准确输出，也可以某一个角度单路输出。接口电路已经成功应用在某平台惯导系统俯仰、横滚、航向三个姿态角的测量中，能够在平台惯导100 ms的控制周期内准确输出三个姿态角，测角精度达到10”。接口电路在测量精度和时间周期上都达到了要求。
关键词：旋转变压器／数字转换模块；ISA总线；接口电路；平台惯导系统

0 引 言
    旋转变压器／数字转换器是角位移测量和控制的重要组件，它把测角模拟量转换成数字量信号，广泛应用于飞行器姿态控制和检测、导弹控制、雷达天线监控、火控系统等军事装备中。随着集成电路的高速发展，这种类型的转换器已有许多产品以固态电路封装形式应市。在国内这种数字转换器模块有12位到22位不等，转换精度基本能够满足应用需求，但由于数字转换器内部响应速度的限制，转换器只能跟踪一定速度范围内的轴角变化，在要求多路信号切换速度较高的数字转换系统中，用一个数字转换器模块控制多路信号的数字量输出时，将不可避免地出现数字量输出滞后于轴角的变化。为了准确地获取角度信号，就需要增加多路测角的时间周期，为此介绍一种基于ISA总线的三路旋转变压器／数字转换模块接口电路，该电路已经成功应用在某平台惯导三个姿态角的测量中，测角速度快，精度高。

l 旋转变压器／数字转换模块工作原理
    旋转变压器／数字转换模块是电路的重要元器件，根据需求采用中船重工集团第716所生产的型号为19XSZ2413一S32的19位旋转变压器／数字转换模块，其测角精度能达到10”。根据旋转变压器／数字转换模块的基本原理生产出的旋转变压器／数字转换模块，其内部包括粗通道旋转变压器到数字转换器、精通道旋转变压器到数字转换器、双速处理器和三态锁存器。粗通道旋转变压器到数字转换器转换成12位数字角度，精通道旋转变压器到数字转换器转换成14位数字角度，两数字角度量再经一个双速处理器进行硬件实时纠错处理、粗精组合后，输出一个19位并行数字角度量到锁存器。该模块内部原理框图如图1所示。

2 硬件设计及分析
    整个接口电路主要由3部分构成：译码电路、旋转变压器／数字转换模块控制电路和脉宽控制电路，接口电路原理框图如图2所示。

2．1 译码电路
    译码电路主要由译码芯片SN74HC154组成，用来产生接口电路的端口地址。当ISA总线的地址线SA15～SA10，SA4和SA0为逻辑“O”，SA9～SA7和SA5为逻辑“1”，SA1，SA2，SA3，SA6分别对应SN74HCl54的输入端A，B，C，D时，选通接口电路，由此知该接口电路的地址范围为：0x03AO～Ox03AE和0x03EO～0x03EA，其中，0x03EO～Ox03EA分别为读俯仰、横滚、航向的低16位和高3位数字信号，0x03A0和Ox03A8分别为三路同时解除和禁止INH信号，Ox03A2～0x03A6分别为解除俯仰、横滚、航向的INH信号，0x03AA～Ox03E分别为禁止俯仰、横滚、航向的INH信号。
2．2 旋转变压器／数字转换模块控制电路
    三路旋转变压器／数字转换模块控制电路是整个接口电路的核心，由3个旋转变压器／数字转换模块及其外围控制电路组成。旋转变压器／数字转换模块中的两个重要信号“INH”和“CB”分别控制输入模拟信号的转换和输出19位数字信号的锁存。INH禁止信号输入端，内部已经用上拉电阻接到+5 V，当INH为逻辑“0”，即禁止INH信号时，延迟600 ns后锁存器内数据稳定，可读取数据；当INH为逻辑“1”，即解除INH信号时，锁存器内数据更新，此时禁止读取数据。CB为数据转换结束的检测信号，当CB为高电平时，表示转换器内处于跟踪转换状态，此时数据输出不稳定；当CB为低电平时，表示转换器内已经转换结束，此时数据输出稳定有效，可以读取。其中一路旋转变压器／数字转换模块控制电路原理框图如图3所示。

    该电路在工控机刚开始上电时，“RES”(RESET DRV)输出一负脉冲，此时SN54HC74的Q输出为高，此信号用来控制旋转变压器／数字转换模块的INH，此时平台惯导内部旋转变压器输出的俯仰、横滚、航向3个姿态角的粗精通道正余弦模拟信号进入19XSZ2413一S32旋转变压器／数字转换模块，这是电路工作的初始状态。之后旋转变压器／数字转换模块通过编程控制地址译码的输出，实现三路模块同时工作或单路模块工作。其中，对3块旋转变压器／数字转换模块CB信号的控制采用查询方式，CB用来控制锁存器U1，U2和U3(SN74HC373)的使能端LE，由于输出为19位数字量，所以采用3个SN74HC373，当数据转换完成之后，CB自动变为低，从而使能LE，当CPU读取数据时，锁存器OE使能，19位转换数据同时打入3个锁存器等待CPU的读取。
2．3 脉宽控制电路
    脉宽控制电路主要用来控制ISA接口板上的I／O CSl6，当I／O CSl6信号有效时，通知系统板当前的数据传送是一个有等待状态的16位I／O周期。在电路调试中通过调节R1，C11的大小可以控制I／O CSl6低脉冲的时间，使得通过ISA总线读取低16位数据时正确稳定。现在电路中采用3个旋转变压器／数字转换模块分别控制三路角度量信号的转换输出，当INH为逻辑“O”之后，经过600 ns的延时，CB为“O”，CPU即

4 实验结果
    利用实验室已有的数字／旋转变压器板产生的信号作为输入，角度测试结果如表1所示，实验结果表明测角精度可以达到10”，满足精度要求。

5 结 语
    该接口电路已经应用在某平台惯导3个姿态角的测量中，工作正常，证明该电路设计合理。在电路中测角精度达到10”，能够满足精度要求，更重要的是缩短了该平台惯导系统三个姿态角的测角周期，达到应用的目的。