作者：北京裝甲兵工程學院控制工程系（100072） 李年裕 呂強 李光升 謝永成 來源：《電子技術應用 》 旋轉變壓器—數(shù)字轉換器ad2s83 在伺服系統(tǒng)中的應用 摘 要： 介紹了旋轉變壓器－數(shù)字轉換器ad2s83在伺服系統(tǒng)中的應用，重點介紹了該器件與主控芯片dsp（tms320f240）的接口電路設計。 關鍵詞： 伺服系統(tǒng) 旋轉變壓器－數(shù)字轉換器 在伺服系統(tǒng)中，需要實時地檢測出電機轉子的位置，包括轉子的絕對位置和增量式位置，同時還需檢測出電機的速度，以實現(xiàn)對電機的轉矩、速度、及其驅動的機構的位置的高精度控制。 在電機轉子位置的檢測中，旋轉變壓器由于其具有堅固耐用，能夠提供高精度的位置信息等突出優(yōu)點，而獲得越來越廣泛的應用。由于旋轉變壓器的輸出是包含著位置信息的模擬信號，需對其處理并將其轉化成對應的包含著位置信息的數(shù)字量，才能與單片機或dsp等控制芯片接口。這就需要設計相應的信號轉換電路或者使用專用的旋轉變壓器—數(shù)字轉換器來實現(xiàn)，后者由于有功能強、可靠性高、使用方便等優(yōu)點而被廣泛采用。筆者在最近開發(fā)的基于dsp的數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，選用了美國ad公司的旋轉變壓器－數(shù)字轉換器ad2s83，實現(xiàn)了電機位置信號實時檢測的數(shù)字化，取得了滿意的效果。 1 ad2s83芯片簡介 1．1 ad2s83芯片引腳功能介紹 ad2s83芯片引腳功能描述見表1。 1．2 ad2s83芯片的特點 ad2s83芯片是ad公司生產(chǎn)的跟蹤式旋轉變壓器－數(shù)字轉換器（r／d轉換器），它具有以下特點： （1） 允許用戶自己選擇適合的的分辨率。ad2s83提供有10位、12位、14位或16位的分辨率，用戶可根據(jù)需要，通過外圍器件的不同連接選用不同的分辨率。 （2） 通過三態(tài)輸出引腳輸出并行的二進制碼來表征位置信息，因而很容易與單片機或dsp等控制芯片接口。 （3） 采用比率跟蹤轉換方式，使之能連續(xù)輸出位置數(shù)據(jù)而沒有轉換延遲并具有較強的抗干擾能力和遠距離傳輸能力。 （4） 用戶可通過外圍阻容元件的選擇，改變轉換的動態(tài)性能，如帶寬、最大跟蹤速率等。 （5） 具有很高的最大跟蹤速度，10位分辨率時的最大跟蹤速度為1040轉／秒。 （6） 能提供高精度的速度信號輸出。ad2s83能提供與轉速成正比的模擬信號，其典型的線性度達到±1％，回差小于±0 .3%，可代替測速發(fā)電機的功能。 由此可見，采用ad2s83不但可以將旋轉變壓器輸出的模擬位置信號轉換成數(shù)字位置信號，而且同時還可以得到高精度的速度信號，能夠很好地滿足數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)中對交流電機的位置及速度反饋信號的要求。 1．2 ad2s83芯片外圍電路的典型配置 圖1給出了采用12位分辨率時ad2s83芯片外圍電路的典型配置圖，其中的各電阻和電容的值是在參考頻率為５khz，帶寬為520hz，最大跟蹤速度為260rps 情況下算出的。用戶可根據(jù)自己的實際情況選擇合適的值，具體計算方法見參考文獻[1]。 2 ad2s83芯片在伺服系統(tǒng)中的應用 筆者在所設計的伺服系統(tǒng)中，用dsp 作為主控芯片，用ad2s83芯片將旋轉變壓器輸出的模擬位置信號轉換成并行的數(shù)字位置信號，然后由dsp將數(shù)字位置信號讀入并進行處理。這里重點介紹ad2s83芯片與dsp的接口設計。 2．1 常規(guī)接口設計的分析 按常規(guī)，把ad2s83作為dsp的一個外設，不論ad2s83芯片的內部處于什么狀態(tài)，當dsp需要讀入位置信號時，就通過其i/o口向ad2s83芯片的引腳施加低電平信號，從而阻止了鎖存器的刷新，等待一段時間后，便可讀取數(shù)據(jù)。這種方式下的讀取數(shù)據(jù)時序圖如圖2所示。 由圖2可知，在這種方式下，dsp向引腳施加低電平信號后，也須等待t9=490ns，才能讀入有效數(shù)據(jù)。這對于指令周期只有50ns的dsp來說，需要等待近10個指令周期，這對于實時控制系統(tǒng)來說是難以接受的，而且這樣做還需要增加較為復雜的硬件等待電路。 2．2 直接讀取數(shù)