寻北仪系统中旋转变压器/数字转换电路的设计

1 引言
    寻北仪在军事和民用领域都有广泛应用，它可以测出载体纵轴与真北的夹角，为飞机、船舶等提供方位基准。寻北仪系统中采用旋转变压器作为方位角测量元件，因此必须设计旋转变压器模拟量-数字量转换电路来实现方位角测量。传统的由分立元件组成的转换电路结构复杂，可靠性低，取而代之的是集成化的轴角/数字转换模块。本文介绍了一种实用的轴角/数字转换器16XSZ2412-01及其在寻北仪系统中的应用。

2 工作原理及引脚功能
    江苏自动化研究所研发的16XSZ2412-0l是一种超小型化、采用跟踪转换技术的旋转变压器/数字转换器，它应用了二阶伺服回路，且在数字输出端包含三态锁存器。输入信号可以来自四线旋转变压器信号和参考。输出是经三态锁存器、与TTL电平兼容的并行自然二进制码数字量。三态输出能使多个转换器直接挂在数据总线上，而且在使用禁止信号INH时不断开转换器内部回路。字节选择信号“BYSEL”的设置极大方便了数据总线宽度为8 bit的用户。用户可以在8 bit宽的总线上得到16 bit字
长的数据，而无需外部接线。
    16XSZ2412-01转换器的引脚排列如图l所示，引脚功能说明如下：

    (1)直流供电引脚：包括+5 V、GND、+15 V、-15V四个引脚。直流电源的波动范围为±10％。建议在电路板的+5 V、+15 V、-15 V到GND之间分别并联一个0.1μF和一个6.8μF的滤波电容。
    (2)CASE端：与外壳相通，使用时需将该端接机壳地。
    (3)输入模拟信号引脚：旋转变压器引线端D1、D2及Z1、Z2、Z3、Z4分别与转换器引脚RH、RL及Sl、S2、S3、S4一一对应连接。
    (4)控制信号引脚：INH、EN、BYSEL.
    计算机与外部设备交换数据时,常对外设发送设备选择信号CS和读信号RD,当数据总线为8位宽度时,计算机还需要发送字节选择信号BYSEL。XSZ转换模块与计算机之间转换数据的能力与一般外部设备一样具有兼容性。INH引脚与计算机的CS信号相连，EN引脚与RD信号相连,BYSEL引脚与计算机的字节选择控制信号相连。当用户使用8位宽度的数据总线时，只需将XSZ的高8位依次连接到8位数据总线上，当BYSEL为高电平时，转换器高字节数据输出，当BYSEL为低电平时，转换器低字节数据送到总线上。在字输出时，转换器的BY-SEL引脚应接高电平(或悬空)，并且模块输出全量与16位总线一一相连。
    (5)状态信号引脚：BUSY。当BUSY为高电平时，表示转换器内部二阶电子伺服环路正在工作，数字输出端不能直接输出；反之计算机可直接从数字输出端读取转换数据。
    (6)数字输出信号引脚：数字输出取自引脚1～16。
    引脚1代表最高位(MSB)，引脚16代表最低位(LSB)。
    通常情况下，转换器对其输入信号电压和参考电压的最大幅度都有明确规定。当所用的旋转变压器输出电压超过转换器额定输入值时，必须在信号输入线上串入比例匹配电阻。外加匹配电阻的计算方法是：信号每增加1 V，分别在S1、S2、S3、S4端串联一个1.11 kΩ电阻，参考电压每增加1 V，就在RH端串联一个2.2 kΩ电阻。

3 数据传输方法
    该转换器常用的数据传输方法有两种。
3.1 检测“忙”(BUSY)信号
    当计算机读取数据时，可对BUSY进行检测，如图2所示。若BUSY为“1”，则数据无效，反之则数据有效。这里，可把“使能”(EN)端连接“读”信号。

3.2 施加“禁止”(INH)信号
    如图3所示，当需进行数据传输时，计算机可向INH端发一个逻辑低电平，从而阻止锁存器的刷新。当INH端被置于低电平并延迟600 n8后，便可读取数据。

4 与PC/104总线的接口设计
    寻北仪系统中，方位角信号通过单极旋转变压器测量。旋转变压器的信号输出电压为11.8 V，参考电压为26 V，正好和旋转变压器/数字转换器16XSZ2412-01的信号输入电压、参考电压相同，故不须串接比例匹配电阻。16XSZ2412-0l与PC/104总线接口的硬件电路结构如图4所示。

    图中，A/D转换器的S1、S2、S3、S4端分别与旋转变压器的输出信号引脚Dl、D2、D3、D4一一对应连接，RH、RL分别接旋转变压器的激磁引线端Z1、Z2，CASE接机壳地。CPU通过8255来控制XSZ模块的工作，包括启动读数的控制信号、高低字节选择信号等。其工作原理为：当进行数据传输时由CPU通过8255向XSZ模块的INH端发送一低电平，以禁止XSZ模块锁存器的数据刷新，当INH被置于低电平并延迟600 ns后，CPU便可读取数据。读取数据时通过控制BYSEL端的高低电平即可读取高低字节数据。下面给出数据采集部分的程序(系统中8255命令字口地址为73F3H)：

5 结束语
    本文介绍了旋转变压器/数字转换器16XSZ24-12-01的工作原理和数据传输方法，给出了其与PC/104总线的接口电路设计和数据采集程序。该设计已成功应用于某寻北仪系统中，实践证明，该设计合理，能够满足系统要求。