作者：北京裝甲兵工程學(xué)院控制工程系（100072） 李年裕 呂強(qiáng) 李光升 謝永成 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用 》

旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換器ad2s83 在伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要： 介紹了旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器ad2s83在伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了該器件與主控芯片dsp（tms320f240）的接口電路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 伺服系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器

在伺服系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)地檢測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，包括轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置和增量式位置，同時(shí)還需檢測(cè)出電機(jī)的速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度、及其驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的位置的高精度控制。

在電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)中，旋轉(zhuǎn)變壓器由于其具有堅(jiān)固耐用，能夠提供高精度的位置信息等突出優(yōu)點(diǎn)，而獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出是包含著位置信息的模擬信號(hào)，需對(duì)其處理并將其轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的包含著位置信息的數(shù)字量，才能與單片機(jī)或dsp等控制芯片接口。這就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路或者使用專用的旋轉(zhuǎn)變壓器—數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者由于有功能強(qiáng)、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。筆者在最近開(kāi)發(fā)的基于dsp的數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，選用了美國(guó)ad公司的旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器ad2s83，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)位置信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)字化，取得了滿意的效果。

1 ad2s83芯片簡(jiǎn)介

1．1 ad2s83芯片引腳功能介紹

ad2s83芯片引腳功能描述見(jiàn)表1。

1．2 ad2s83芯片的特點(diǎn)

ad2s83芯片是ad公司生產(chǎn)的跟蹤式旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器（r／d轉(zhuǎn)換器），它具有以下特點(diǎn)：

（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(guò)外圍器件的不同連接選用不同的分辨率。

（2） 通過(guò)三態(tài)輸出引腳輸出并行的二進(jìn)制碼來(lái)表征位置信息，因而很容易與單片機(jī)或dsp等控制芯片接口。

（3） 采用比率跟蹤轉(zhuǎn)換方式，使之能連續(xù)輸出位置數(shù)據(jù)而沒(méi)有轉(zhuǎn)換延遲并具有較強(qiáng)的抗干擾能力和遠(yuǎn)距離傳輸能力。

（4） 用戶可通過(guò)外圍阻容元件的選擇，改變轉(zhuǎn)換的動(dòng)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(shí)的最大跟蹤速度為1040轉(zhuǎn)／秒。

（6） 能提供高精度的速度信號(hào)輸出。ad2s83能提供與轉(zhuǎn)速成正比的模擬信號(hào)，其典型的線性度達(dá)到±1％，回差小于±0 .3%，可代替測(cè)速發(fā)電機(jī)的功能。

由此可見(jiàn)，采用ad2s83不但可以將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字位置信號(hào)，而且同時(shí)還可以得到高精度的速度信號(hào)，能夠很好地滿足數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)中對(duì)交流電機(jī)的位置及速度反饋信號(hào)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(shí)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(shí)際情況選擇合適的值，具體計(jì)算方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]。

2 ad2s83芯片在伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

筆者在所設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)中，用dsp 作為主控芯片，用ad2s83芯片將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的數(shù)字位置信號(hào)，然后由dsp將數(shù)字位置信號(hào)讀入并進(jìn)行處理。這里重點(diǎn)介紹ad2s83芯片與dsp的接口設(shè)計(jì)。

2．1 常規(guī)接口設(shè)計(jì)的分析

按常規(guī)，把a(bǔ)d2s83作為dsp的一個(gè)外設(shè)，不論ad2s83芯片的內(nèi)部處于什么狀態(tài)，當(dāng)dsp需要讀入位置信號(hào)時(shí)，就通過(guò)其i/o口向ad2s83芯片的引腳施加低電平信號(hào)，從而阻止了鎖存器的刷新，等待一段時(shí)間后，便可讀取數(shù)據(jù)。這種方式下的讀取數(shù)據(jù)時(shí)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(hào)后，也須等待t9=490ns，才能讀入有效數(shù)據(jù)。這對(duì)于指令周期只有50ns的dsp來(lái)說(shuō)，需要等待近10個(gè)指令周期，這對(duì)于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是難以接受的，而且這樣做還需要增加較為復(fù)雜的硬件等待電路。

2．2 直接讀取數(shù)