婁敏 趙英

摘 ?要：圓感應(yīng)同步器作為一種測(cè)角傳感器其常用的解碼芯片為AD2S80，此芯片具有體積大、電源要求高、轉(zhuǎn)速低、配置元件多等局限，使得其使用起來(lái)有諸多不便，文章介紹一種可用于圓感應(yīng)同步器信號(hào)解碼的專用芯片AD2S1210，它能夠?qū)A感應(yīng)同步器輸出的模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量，同時(shí)具有體積小、配置元件少、供電簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)速高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：圓感應(yīng)同步器;定子;轉(zhuǎn)子;AD2S1210

中圖分類號(hào)：TH712 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）28-0163-02

Abstract： As a kind of angle measuring sensor， the common decoding chip of rotary Inductosyn is AD2S80， which has many limitations， such as large size， high power requirement， low speed， many configuration elements and so on， which makes it inconvenient to use. This paper introduces a special chip AD2S1210， which can be used for circular Inductosyn signal decoding， which can convert the analog output of circular Inductosyn into digital quantity. At the same time， it has the advantages of small size， few configuration elements， simple power supply and high rotational speed.

Keywords： Rotary Inductosyn; stator; rotor; AD2S1210

引言

圓感應(yīng)同步器直接輸出的是模擬信號(hào)，此模擬信號(hào)經(jīng)解碼后被轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，可被后續(xù)控制系統(tǒng)接收。目前工業(yè)上應(yīng)用較多的解碼芯片是AD2S80[1]，此芯片具有體積大、電源要求高、轉(zhuǎn)速低、配置元件多等局限，使得其使用起來(lái)有諸多不便，本文介紹一種可用于圓感應(yīng)同步器信號(hào)解碼的專用芯片AD2S1210，它能夠?qū)A感應(yīng)同步器輸出的模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量，同時(shí)具有體積小、配置元件少、供電簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)速高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 圓感應(yīng)同步器測(cè)角系統(tǒng)的工作原理

圓感應(yīng)同步器是通過(guò)對(duì)其轉(zhuǎn)子施加交流激勵(lì)信號(hào)，定子將感應(yīng)出兩相的sin、cos正余弦信號(hào)，兩路信號(hào)在空間相位上相差90度電角度，當(dāng)sin信號(hào)幅度最大時(shí)，cos信號(hào)幅度最小，反之當(dāng)cos信號(hào)幅度最大時(shí)，sin信號(hào)幅度最小，當(dāng)處于某個(gè)電角度φ，sin信號(hào)的幅度為Asinφ，cos信號(hào)的幅度為Acosφ，式中A為sin（或cos）信號(hào)的最大幅度值[2]。

本文選用美國(guó)ADI公司軸角轉(zhuǎn)換芯片AD2S1210作為核心角度解碼器，它可以直接輸出10KH在的交流激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)同步器轉(zhuǎn)子工作，同時(shí)能接收定子感應(yīng)出的sin、cos信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成代表角度值的數(shù)字量，以該芯片為核心搭建的系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1為圓感應(yīng)同步器的解碼原理框圖，電路系統(tǒng)要通過(guò)激磁信號(hào)單元發(fā)出一個(gè)交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子工作，定子感應(yīng)出與同頻率的sin、cos信號(hào)在放大濾波單元中進(jìn)行信號(hào)調(diào)理[3]，經(jīng)軸角轉(zhuǎn)換單元后由控制處理單元進(jìn)行接收，隨后再由接口單元進(jìn)行信號(hào)輸出。

2 AD2S1210芯片在角度解碼中的應(yīng)用

2.1 AD2S1210芯片簡(jiǎn)介

軸角轉(zhuǎn)換單元中的主要器件即AD2S1210，AD2S1210具有14位分辨率，相對(duì)于廣泛使用的AD2S80軸角轉(zhuǎn)換芯片，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）尺寸小：AD2S80為51mm*16mm，AD2S1210為9mm*9mm;

（2）供電簡(jiǎn)單：AD2S80需要+12V、-12V、+5V三種電源供電，AD2S1210僅需+5V供電;

（3）外圍配置簡(jiǎn)單：AD2S80在使用時(shí)需根據(jù)分辨率不同而配置不同的電阻、電容元件，AD2S1210外圍分立配置元件少;

（4）跟蹤轉(zhuǎn)速高：AD2S180在14位分辨率下對(duì)應(yīng)的跟蹤轉(zhuǎn)速為65轉(zhuǎn)/秒。AD2S1210在14位分辨率下對(duì)應(yīng)的跟蹤轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/秒。

2.2 AD2S1210的控制引腳設(shè)置

AD2S1210芯片的兩相輸入sin、cos信號(hào)是感應(yīng)同步器輸出信號(hào)，通過(guò)AD2S1210 將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為自然的二進(jìn)制數(shù)字角度，這是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。AD2S1210是一種可變分辨率、單片數(shù)字分解轉(zhuǎn)換器，該芯片具有48個(gè)引腳，其內(nèi)部有15個(gè)控制寄存器，8種讀寫(xiě)時(shí)序。因此通過(guò)對(duì)其內(nèi)部控制時(shí)序進(jìn)行合理設(shè)置是實(shí)現(xiàn)軸角轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)。

本文采用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)控制控制處理單元，用于控制AD2S1210，其中控制引腳共12個(gè)，分別為RES0、RES1、CS、RD、WR、SOE、SAMPLE、A0、A1、DOS、LOT、RESET。下面對(duì)這些控制引腳進(jìn)行介紹：

（1）當(dāng)對(duì)RES0設(shè)置為0、RES1設(shè)置為1時(shí)即可將芯片的分辨率設(shè)置為14位;

（2）令CS=0即對(duì)該芯片進(jìn)行片選;

（3）可通過(guò)設(shè)置RD、WR的引腳來(lái)對(duì)芯片的控制寄存器及位置數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、寫(xiě)入;

（4）通過(guò)設(shè)定SOE=1實(shí)現(xiàn)并行傳輸，芯片的角度數(shù)字量通過(guò)DB1～DB16輸出;

（5）SAMPLE發(fā)生下降沿將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存;

（6）DB1～DB14為數(shù)據(jù)位，其中DB14為數(shù)據(jù)的最高位，DB1為數(shù)據(jù)的最低位;

（7）令A(yù)0=1、A1=1時(shí)設(shè)置AD2S1210芯片的工作模式為構(gòu)造模式，在構(gòu)造模式下可讀取芯片的誤差寄存器，設(shè)置芯片的各控制寄存器的參數(shù)。令A(yù)0=0、A1=0時(shí)設(shè)置AD2S1210芯片的工作模式為正常模式，在該模式下讀取角度位置;

（8）DOS、LOT的電平值有任何一位為低電平時(shí)則表示有誤差;

（9）RESET引腳在芯片上電時(shí)需置0，隨后置高以使得芯片正常工作。

2.3 AD2S1210硬件電路圖

圖2為AD2S1210芯片的硬件電路圖，由圖可見(jiàn)芯片外圍器件除了濾波、晶振外，無(wú)需任何其他配置器件。

3 系統(tǒng)檢測(cè)

測(cè)試過(guò)程中所用的硬件設(shè)備如下：

圓感應(yīng)同步器一副;基于AD2S1210的角度解碼系統(tǒng)一套;SJJF-1精密光柵分度頭;圖3為檢測(cè)同步器精度的測(cè)試系統(tǒng)。

初始時(shí)刻令分度頭與測(cè)角電路均清零，轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭使得其帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15°39′7.83″，觀測(cè)測(cè)角電路的輸出，測(cè)角電路此時(shí)與15°39′7.83″的誤差即為圓感應(yīng)同步器測(cè)角系統(tǒng)此位置處的角度偏差。一周內(nèi)測(cè)試23個(gè)點(diǎn)的誤差值。表1即為檢測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了圓感應(yīng)同步器的工作原理，列出了針對(duì)圓感應(yīng)同步器進(jìn)行解碼的電氣原理框圖，隨后重點(diǎn)介紹了解碼芯片AD2S1210，此芯片它能夠?qū)A感應(yīng)同步器輸出的模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量，同時(shí)具有體積小、配置元件少、供電簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)速高等諸多優(yōu)點(diǎn)。文章列出了AD2S1210應(yīng)用時(shí)一些主要控制引腳的設(shè)置方法及具體的硬件電路圖，最后對(duì)圓感應(yīng)同步器測(cè)角系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鐵峰，李文華，馬彩文，等.一種高精度圓感應(yīng)同步器數(shù)顯表的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2003（6）：42-44.

[2]陸永平.感應(yīng)同步器及其系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1982.

[3]齊明.感應(yīng)同步器信號(hào)放大研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008（04）.