基于自整角机数字转换器SDC1742的轴角检测电路设计

自整角机是一种能对角位移或角速度的偏差自动整步的感应式控制电机, 自整角机被广泛应用于随动控制系统中。自整角机数字转换器 (又称为同步机数字转换器, Synchro Digital Converter, SDC) 用于将自整角机发出的对应于旋转角度或角速度的模拟电压信号转换成数字信号输出。SDC专用芯片的产生, 改变了自整角机的应用形式。SDC专用芯片产生之前, 需要两台自整角机配合使用, 然后输出与自整角机失调角对应的电压。SDC专用芯片产生之后, 只需要一台自整角机。自整角机的励磁绕组的引线、三相整步绕组的引线都直接接入SDC专用芯片, 该芯片就会输出偏离电气零位的角度的数字信息。

1 工作原理及引脚功能

SDC1742是一款混合式12位连续跟踪自整角机数字转换器。在这款混合器件的内核中, 转换过程由基于ADI专有BiMOS II工艺制成的一个单芯片IC完成, 在同一芯片中有机地结合了CMOS逻辑和双极性高精度线性电路的优势。通过内部隔离微变压器实现信号与基准电压输入之间的真正隔离。12位数字字采用三态数字形式, 由2个字节构成。通过最高有效8位和最低有效4位分别配置ENABLE输入, 不但简化了将一个器件以多路复用方式连接至单个数据总线的过程, 同时为INHIBIT输入提供了支持, 无需中断跟踪环路的操作。

上电后, SDC1742芯片内部模块处于工作状态, 接收自整角机励磁绕组和整步绕组的交流信号输入, 在芯片内部转变成为正弦信号和余弦信号, 输入数字转换器进行转换后送入输出锁存器, 进而送到输出引脚。模块并行输出的12位数码随着自整角机轴的旋转而发生变化。在数字转换完成后, BUSY端送出低电平, 表示SDC输出的数字码有效, 允许单片机或DSP等器件将数字码取走。

SDC1742的分辨率为12位, 最小可以分辨的角度为0.088°;误差最大值±0.142°;跟踪速度大于18r/min;信号参考频率400Hz;输入信号电平90V, 26V, 11.8V;参考信号电平11.8V, 26V, 115V;电源电平:±15V/35mA, 逻辑电平5V/56mA;功耗1.4W。

SDC1742的引脚见图1。常用引脚及功能如下:1-14引脚——BIT1~BIT14并口数据输出;SDC1742这款芯片只用到1-12引脚, BIT1~BIT8对应高8位, BIT9~BIT12对应低4位。最高位BIT1的权重为180°, 最低位BIT12的权重为0.0879°。15, 16引脚——参考信号输入, 即自整角机励磁绕组信号输入, 最大值±350V。18~20引脚——自整角机整步绕组信号输入, 最大值±350V。25, 26引脚——决定输出数据的状态, 高电平“1”时, 输出数据保持在高阻状态, 对外截止。低电平“0”时, 允许输出锁存器中的数据传送到输出的引脚上。/ENABLE L允许低4位数据输出/ENABLE M允许高8位数据输出。27引脚——模块输出的忙脉冲信号, 它为逻辑高电平时, 对轴角变化量进行数字跟踪, 这时输出数据无效, 逻辑低电平时, 允许数据输出, 这时输出数据有效。28引脚——禁止锁存数字转换器数据, 低电平有效, 禁止输出锁存器的更新。释放该信号将自动产生一个BUSY信号, 表示忙于刷新输出锁存器, 此时不可读取数据。29, 31引脚——正负电源, ±15V。30引脚——电源地。32引脚——逻辑电源, +5V。芯片电源入口处应对地并联两个退藕电容, 退藕电容的推荐值为6.8μF和0.1μF。

图2是SDC1740模块与自整角机接线的示意图。SDC的输入端直接与自整角机的励磁信号和三路整步绕组输出信号相连接, SDC的输出端为与自整角机轴角相对应的数字量, 可以直接与单片机接口。因此, SDC模块相当于A/D转换器, 可以作为单片机的一个外设, 利用它能够很方便地实现轴角检测的数字化处理。

2 轴角检测电路

SDC1742与ATmega16单片机接口的硬件电路如图3所示。ATmega16单片机的PD2 (INT0) 脚与状态信号引脚BUSY, 采用外部中断的方式确定模块转换数据是否有效完成。在进行数据连接时, 考虑到该转换器具有数据锁存功能, 所以可直接将数据高8位BIT 1~BIT 8和数据低4位BIT9~BIT12分别与单片机PC口相接, 无需另加锁存器。将控制信号引脚/INH、/ENM、/ENL分别与PA0、PA1、PA2相连, 按数据读取控制时序改变这3个管脚的状态, 即可得到转换器中锁存的有效数据。

由图2可知, SDC1742的S1、S2、S3端, 接自整角机三相交流信号;REFERENCE LO、REFERENCE HI接激磁电压26v。自整角机输出的转轴角度信号, 经SDC1742转换器变换成二进制码, 输入单片机ATmega16, 通过前后数据的对比计算, 即可得到角度的变化。

数据采集程序如下

3 结语

本文介绍了一种高精度自整角机模/数转换器SDC1742芯片的主要特点、工作原理, 探讨了其在转轴角度检测中的应用, 设计了与AVR单片机的接口电路并给出出数据采集程序。实验证明, 软硬件设计合理可行, 系统工作稳定可靠, 实现了将三相模拟信号转换成数字信号的功能。

摘要：本文介绍了高精度自整角机数字转换器SDC1742模块的主要特点和工作原理, 并给出了该模块在轴角检测电路中的软硬件设计, 实现了将三相模拟信号转换成数字信号的功能。

关键词：数字转换器,SDC1742,检测,自整角机

参考文献

[1] AnalogDevices公司.SDC1742产品数据手册, 2008.

[2] 海涛.ATmega系列单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[3] 赵君有, 张爱军.控制电机[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.