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
中图分类号：TP271 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2009)01-065-03
Design of Interface Circuit Based on Three Resolver/Digital Converter Modules
LI Yi,ZHANG Jingjuan,ZHANG Zhongyi,LIU Juncheng
(School of Instrumentation Science & Optoelectronics Engineering,Beijing University of Aeronautics & Astronautics,Beijing,100083,China)
Abstract：The design and application of interface circuit based on three resolver/digital converter modules and the ISA bus are presented.Three resolver/digital converter modules are applied to control three digital angles′ conversions separately.The measurement period is short and the accuracy is high.The output orders are not limited by the circuit,which can acquire accurately three angles′ outputs as well as control a single angle′s output.The interface circuit has been successfully applied to measure the three attitude angles of pitch,roll and heading in a certain platform inertial navigation system.The circuit can acquire accurately three attitude angles′ outputs in 100 ms of the platform inertial navigation system′s control period.The measurement accuracy can reach 10 s.The interface circuit can satisfy the demand in measurement accuracy and period.
Keywords：resolver/digital converter module;ISA bus;interface circuit;platform inertial navigation system
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［1,2］,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。
1 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-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［1,2］生产出的旋转变压器/数字转换模块［3,4］，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。
图1 旋转变压器/数字转换模块内部原理框图
图2 接口电路原理框图
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SA 15~SA 10,SA4和SA0为逻辑“0”,SA9~SA7和SA5为逻辑“1”,SA1,SA2,SA3,SA6分别对应SN74HC154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：0x03A0~0x03AE和0x03E0~0x03EA,其中,0x03E0~0x03EA分别为读俯仰、横滚、航向的低16位和高3位数字信号,0x03A0和0x03A8分别为三路同时解除和禁止 INH信号,0x03A2~0x03A6分别为解除俯仰、横滚、航向的 INH信号,0x03AA~0x03E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［5-7］,此时SN54HC74的输出为高,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-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。
图3 旋转变压器/数字转换模块控制电路原理图
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 CS16,当 I/O CS16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［8,9］。在电路调试中通过调节R1,C 11的大小可以控制 I/O CS16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“0”之后,经过600 ns的延时,CB为“0”,CPU即可读取19位数字量信号。脉宽控制电路如图4所示。
图4 脉宽控制电路
3 软件设计
接口电路基于工控机上的ISA总线进行数据的转换控制和读取 \。程序采用C语言编写,在TC环境下运行正常。三路模块同时工作时程序流程图如 图5所示,三路模块可依次读取数据,经实验证明不需要切换延时时间,这也是满足三路快速测角所必须的。当然,也可通过选择译码地址控制单路模块工作。
图5 三路模块同时工作程序流程图
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。
表1 角度测试结果
实际角度测试角度误差
0.00°0°0′2″2″
22.50°22°30′2″2″
45.00°45°0′2″2″
67.50°67°30′2″2″
90.00°90°0′2″2″
112.50°112°30′2″2″
135.00°135°0′0″0″
157.50°157°30′0″0″
180.00°180°0′0″0″
190.00°190°0′1″1″
201.00°200°59′54″-6″
239.00°238°59′57″-3″
298.00°297°59′55″-5″
316.00°315°59′51″-9″
343.00°342°59′57″-3″
参考文献
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作者简介
李 熠 女,1983年出生,河南许昌人,硕士研究生。研究方向为平台惯导及车载导航系统。
张京娟 女,1975年出生,陕西人,讲师,硕士生导师。研究方向为惯性及组合导航系统。
张仲毅 男,1985年出生,河南南阳人,博士研究生。研究方向为惯性导航技术。
刘俊成 男,1981年出生,山东人,博士研究生。研究方向为机群组网定位技术
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