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—數字轉換器來實現，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的數字式伺服系統(tǒng)中，選用了美國ad公司的旋轉變壓器－數字轉換器ad2s83，實現了電機位置信號實時檢測的數字化，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公司生產的跟蹤式旋轉變壓器－數字轉換器（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)輸出位置數據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字位置信號，然后由dsp將數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，便可讀取數據。這種方式下的讀取數據時序圖如圖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，才能讀入有效數據。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