張安青

(國營第785 廠，山西 太原 030024)

軸角編碼式模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是一種復雜的電子裝置或機電裝置。模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器就是將模擬輸入量相對于模擬參考量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的輸出［1］。

1 軸角編碼器的功能

用于將火控雷達輸出的現(xiàn)在點和未來點坐標角度值的模擬量(Bq φ)轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)據(jù)值，以便于數(shù)據(jù)處理器進行各種處理。設計包括:電阻分壓網(wǎng)絡、模擬轉(zhuǎn)換開關、比例放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)鎖存器、控制電路等。如下圖所示。

圖1 軸角編碼器功能框圖

2 數(shù)字同步機轉(zhuǎn)換

數(shù)字同步機轉(zhuǎn)換由計算機輸出的二進制數(shù)代表要轉(zhuǎn)換的角度，送到數(shù)字同步機內(nèi)，變?yōu)槎€輸出量，一個是角度的正弦，另一個是角度的余弦，二者都是調(diào)幅交流信號。數(shù)字步進機輸出的正、余弦值送到分解器D 的定子繞組，而分解器D 的轉(zhuǎn)子繞組輸出交流誤差電壓。誤差電壓經(jīng)過解調(diào)器，把交流誤差信號變?yōu)橹绷髡`差信號，再經(jīng)放大器后驅(qū)動電機M 轉(zhuǎn)動，M 帶動分解器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，直至誤差信號為零，此時M 所帶動的輸出部件上的轉(zhuǎn)角，就是所需要的模擬量［2］。

2.1 分解器的工作原理

分解器實質(zhì)上就是正、余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，從數(shù)字同步機來的正、余弦電壓分別加到分解器的二個定子繞組，正、余弦電壓在二互相垂直的定子繞組里產(chǎn)生電流，形成磁場，它們的合成磁場的方向形成交變的合成磁場切割轉(zhuǎn)子線圈，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)產(chǎn)生相應的誤差電壓，誤差電壓經(jīng)解調(diào)放大后驅(qū)動電機M，M 帶動分解器D 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子線圈的方向與合成磁場的方向一致，這時線圈不再切割磁場，感應誤差電壓等于零。

2.2 數(shù)字同步機的工作原理

數(shù)字同步機的任務是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為正、余弦電壓量。數(shù)字量周期性地送入緩沖寄存器R 中，緩沖器內(nèi)最高二位數(shù)字量作為正、余弦電壓值的象限判別用以判定正、余弦電壓是屬于哪一個象限。除了最高二位之外，緩沖器的其它各位就代表在某一象限內(nèi)角度的大小。把最高二位數(shù)字送入正、余弦象限判別器，把其余各位送入正余弦選通器內(nèi)，正余弦選通器周期性地輸出正弦量和余弦量到數(shù)模網(wǎng)絡，數(shù)模網(wǎng)絡輸出正余弦的電壓值到分解器，模擬開關分別由象限判別器控制。以控制輸出電壓的極性。

◆象限判別器

象限判別器的作用是判別數(shù)字量的值是在那一個象限內(nèi)，正弦在一、二象限為正值，在三、四象限為負值。余弦在一、四象弦為正值，二、三象限為負值。因此用最高位是0 或1 來表示正弦的正或負，而用最高二位值來決定余弦的正和負，其邏輯關系表示如下:

◆正、余弦選通器

正弦和余弦互為余數(shù)，因此若規(guī)定選用緩沖寄存器觸發(fā)器的“1”端為正弦的輸出，則觸發(fā)器的“0”端就為余弦的輸出，這樣正弦和余弦互為反碼。

但是正、余弦選通器究竟送出正弦還是送出余弦尚取決于角度是處在那一個象限。例如30°、120°、210°、300°是表示在不同象限內(nèi)四個角度。顯而易見，如果不管這四個角度所處的象限，那么它們都是30°，也就是說，除了最高二位數(shù)字位之外，它們的其余各位數(shù)字位是相同的［3］。

3 輸入電壓值的采樣及A/D 轉(zhuǎn)換和角度的換算

實現(xiàn)模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換，最初遇到的問題是把連續(xù)的模擬量變?yōu)閿嗬m(xù)的數(shù)字量的問題，這就是采樣和量化的問題。在任何瞬間，模擬電路的輸出總是與其輸入和電路的傳遞函數(shù)的乘積有關。當輸入變化是時間的連續(xù)函數(shù)時，輸出必然是時間的連續(xù)函數(shù)。但是，在A/D 轉(zhuǎn)換中就不是這樣，不管A/D 轉(zhuǎn)換器工作速度有多快，完成一次轉(zhuǎn)換總要占有一定的時間。另外，A/D 轉(zhuǎn)換器只有在輸入信號周期內(nèi)一個很短的時間間隔之內(nèi)測量輸入信號。通常輸入信號在一個周期內(nèi)有足夠的時間完成多次的轉(zhuǎn)換。所以，模數(shù)轉(zhuǎn)換器最初的工作是進行采樣。采樣過程就是把一個連續(xù)時間函數(shù)的信號，用一定時間間隔的離散函數(shù)來表示。模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，包括時間和幅值兩方面的量化，通過時間和幅值的量化，把信號編成各種數(shù)字的代碼。這樣，一個連續(xù)的模擬信號經(jīng)過時間上、幅值上的量化以及幅值上的編碼，就成為一個斷續(xù)的數(shù)字量。采樣過程可以是恒速采樣，即等時間間隔的，也可以是變速采樣。我們研究的是恒速采樣。采樣過程可看作是脈沖調(diào)制過程，即連續(xù)信號變換成一系列窄的振幅調(diào)制脈沖。也可以把采樣器看作是帶有單位采樣函數(shù)產(chǎn)生器的調(diào)制器。對于采樣，我們 所關心的和感興趣的問題是:輸入信號在通過采樣器之后，其輸出信號能否完全重現(xiàn)原來的輸入信號，而沒有任何的信號的混淆或失真。

當軸角編碼器把正、余弦電壓換算出來以后，經(jīng)過模擬開關的輸入通過通道選通輸出后，再經(jīng)過跟隨器或比例放大后，進行信號采樣保持，最后進入AD574 的轉(zhuǎn)換。AD574 把模擬信號轉(zhuǎn)換成為相應的數(shù)字信號，然后進入373 鎖存器把數(shù)字信號鎖存起來。這樣，就完成了模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換工作。當對轉(zhuǎn)換出來的角度進行計算時，需要通過系統(tǒng)把數(shù)據(jù)從373 鎖存器讀出來。經(jīng)過角度的換算公式和象限判別計算出角度值。在判象限時總共分成8 個象限來判別。然后對換算出來的粗精二組角度值進行粗精組合，粗∶精=N∶1。粗滿量程為6 000 密位，精滿量程為300 密位，210=1 024 故在360°里對應的數(shù)碼為1 024。顯然相差一個數(shù)碼對應的粗密位數(shù)6 000 密位/1 024=6 密位。對應的精密位數(shù)300 密位/1 024=0.3 密位。粗精組合出的結果就是最終的角度，就是方位角、高低角等。

4 結束語

通過對軸角編碼器的A/D 轉(zhuǎn)換，使我不但學到了硬件方面的知識，而且也學到了軟件方面的知識。對ISA 總線的使用有了更深的理解和掌握。對火控計算機的系統(tǒng)有了更進一步的了解。對系統(tǒng)的調(diào)試和問題解決也有了一定的經(jīng)驗知識。通過理論與實踐的相結合，使我對知識更進一步的加深了。

［1］朱申培.航空火力控制原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

［2］孫世宇，段修生，王立東，等.自行高炮火控系統(tǒng)原理［M］.石家莊：軍械工程學院出版社，1998.

［3］張立群.火力控制系統(tǒng)的研究［D］.南京：南京航空學院，1999.