基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统
基于FPGA的双通道多对极旋转变压器的新型测角系统设计_朱其新
图 5 旋变粗、精通道输出的已调理差分正、余弦信号
3 串行通信模式
AD2S1210 可采用 4 线串行接口进行通信，通信 波特率最高可达到 25 MHz，通过配置 AD2S1210 芯 片的 A0、Al 引脚，使芯片在配置模式下工作，在该 模式下可对芯片寄存器进行编程，以设置 AD2S1210 的激励频率、分辨率等信息，写入到寄存器中的数 据可在此配置模式下进行回读，位置寄存器中的数 据也可在此模式下读取。
中图分类号： TP216； TM383. 2
文献标志码： A
文章编号： 1001-6848（ 2016） 07-0041-05
DOI:10.15934/ki.micromotors.2016.07.010
Design of Novel Angle Measurement System for Two-channel
第 49 OＲS
Vol. 49． No. 7 Jul. 2016
基于 FPGA 的双通道多对极旋转变压器的 新型测角系统设计
朱其新1，2 ，张 正2 ，朱永红3 ，刘红俐1 ，张国平4
（ 1. 苏州科技学院 机械工程学院，江苏 苏州 215009； 2. 华东交通大学 电气与电子工程学院，南昌 330013； 3. 景德镇陶瓷学院 机电工程学院，江西 景德镇 333001； 4. 深圳市大族电机科技有限公司，广东 深圳 518058）
作者简介： 朱其新（ 1971） ，博士，教授，研究方向为伺服控制与网络控制。 张 正（ 1990） ，硕士，研究方向为电机控制。 刘红俐（ 1972） ，硕士，副教授，研究方向为机电控制技术。 朱永红（ 1963） ，博士，教授，研究方向为网络控制与信息融合技术。 张国平（ 1978） ，硕士，高级工程师，研究方向为电机控制与电力电子技术。
基于双通道多极旋转变压器的轴角编码精度检测
The Accuracy Detection of Shaft Encoder Based on Twin‐Channel Multipole Resolvers
Cheng Li, Yongming Nie, Fu’an Sun
China Satellite Maritime Tracking and Command Department, Jiangyin Jiangsu Email: licheng@, yimonie@, sunfa111@ Received: May 6th, 2015; accepted: May 22nd, 2015; published: May 29th, 2015 Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
Keywords
Shaft Encoder, Error Compensation, Accuracy Detection
基于双通道多极旋转变压器的轴角编码 精度检测
郦 成，聂永名，孙福安
中国卫星海上测控部，江苏 江阴 Email: licheng@, yimonie@, sunfa111@ 收稿日期：2015年5月6日；录用日期：2015年5月22日；发布日期：2015年5月29日
1) 双通道多极旋转变压器电气误差分析
双通道多极旋转变压器的电气误差存在以下三种主要误差： 由于输出两相 R1R3 正弦与 R2R4 余弦绕组电压的变压比之间的存在一定的不对称度会引起变压比均 Uc sin 衡性误差 jh 。不对称度可表为： tan 0 。这时的正余弦绕组输出电压为 [2] [4] [6]： Us cos
旋转变压器数据融合与误差补偿的FPGA实现
郭闯强 ， 倪风雷 ， 陈 泓， 张 飞 ） （ 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １
Ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｄ ａ ｔ ａ Ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ Ｆ Ｐ ＧＡ ｐ
（ ） 《 机械与电子 》 ２ ０ １ ４ ７
旋转变压器数据融合与误差补偿的 Ｆ Ｐ ＧＡ 实现
Z1 U12 Z2 Z3 U34 Z4 D3 UD34 D4 D7 UD78 D8 D1 UD12 D2
thete_4 3 thete_2 thete_3 2 1 thete_1 0 thete_0 4 thete_5 5 thete_6 6 7 thete_7
１］ 。 补偿的方式进一步提高系统的测角精度 ［
双通道多 极 旋 转 变 压 器 测 角 信 息 的 软 件 处 理 主要包括粗 、 精通 道 数 据 融 合 和 误 差 补 偿 。 对 于 数
２］ ３］ 。精 和 滑 动 区 间 法［ 据融合 ， 主要 有 固 定 区 间 法 ［
通道旋转变压器的 极 数 越 多 ， 对粗通道测角精度的 要求就越高 ， 生产 成 本 就 越 高 ， 因 此， 需要对现有的 方法进行改进 ， 降 低 数 据 融 合 的 条 件 限 制。对 于 误
， ， ， Ｇ Ｕ Ｏ Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ｉ ａ ｎ Ｎ Ｉ Ｆ ｅ ｎ ｌ ｅ ｉ Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｈ ｏ ｎ Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｆ ｅ ｉ ｇ ｑ ｇ ｇ ｇ （ ， ，Ｈ ） Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆ Ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ ｙ ｙ ｇ ｙ
基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统
基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统O 引言旋转变压器是一种电磁感应式传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，它由定子和转子组成。
其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。
为了提高测量精度，采用双通道旋转变压器。
双通道旋转变压器采用单相定子激磁、两相定子感应输出。
在激磁绕组加上激磁电压Uref 后，在粗轴的定子绕组中感应出正余弦电压Uc_sin，Uc_cos，在精轴的定子绕组中也感应出正余弦电压Uf_sin，Uf_cos。
AD2S82A 和AD2S80A 是美国模拟器件公司(Analog Devices Inc)生产的分解器数字转换器(简称RDC)。
AD2S8X 系列RDC 可将转角转换成与转角成比例的数字量，它实质上是一种特殊的模数转换器。
AD2S82A 和AD2S80A 都属于AD2S8X 系列中的产品，是一种单片式、分辨率可变RDC。
在制造过程中它采用BiMOS 工艺，使用双极性高精度线性电路，因此具有精度高、性能稳定及可靠性高等特点。
FPGA 是可编程逻辑器件(PLD)的第四代产品，内部具有独立的I／O 接口和逻辑单元CLB。
使用灵活，适用性强，特别适用于复杂逻辑的设计，FPGA 芯片是系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一。
1 总体设计方案系统总体框图如图1 所示，采用集成芯片AD2S82A 和AD2S80A，分别作为旋转变压器粗码盘和精码盘输出信号的解码器，将旋转变压器输出的模拟量转换成与之对应的数字量。
然后将它们送入FPGA 中进行误差补偿和数据组合，再在FPGA 中对误差补偿后的二进制角度值，通过分段查表转换为以度分秒显示的角度值。
2 硬件电路设计2．1 硬件电路框图该硬件电路框图如图2 所示，FPGA 芯片作为系统的设计核心，对其他电路模块进行控制，同时在FPGA 中实现误差。
基于FPGA的旋转变压器解码算法与系统设计
重庆大学硕士学位论文基于FPGA的旋转变压器解码算法与系统设计姓名：刘柏林申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：廖勇20070529图４．７ＦＰＧＡ内部配置Ｆｉ９４．７ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＦＰＧＡ５旋转变压器解码系统软件设计本设计与传统的设计不同的是基于ＦＰＧＡ的旋转变压器解码系统的设计主要工作在于硬件解码算法模块的设计和硬件的设计，相对来说在软件设计上所占的比重相对较小．主要是针对处理器的初始化程序、ＡＤ采样中断程序和串口通信中断程序的设计。
与通用微处理器不同的是，ＦＰＧＡ的软核处理器Ｎｉｏｓ２的内部资源需要根据软件实现的功能自行定制。
如串口、定时器和输入输出端口等。
这样可以充分的利用软硬件资源，涉及的灵活性大大的提高．图５．１软核处理器ＮＯＩＳ定制ＣｏｎｓＵｌ删ｏｎｏｆＮＯＩＳＦｉｇ５．１５．１系统的主程序本系统采用模块化的设计．从ＡＤ采样开始，到采样数据经过解码算法模块解算出转子位置角并控制串口输出。
系统软件工作的流程如图５．２：（１）系统上电复位以后，首先对ＥＰｌＣｌ２Ｑ２４０Ｃ８内部的软核处理器进行初始化，设置定时器中断、ＡＤ采样程序中断、串口工作方式和中断方式．（２）启动定时器、ＡＤ采样程序。
（３）等待中断。
７实验结果及分析７．１实验设备及条件在实验室利用以下的设备进行试验：直流稳压电源（±１２ｖ）计算机示波器万用表旋转变压器解码器旋转变压器一台一台一台一台一台（自制）一台±１２Ｖ的直流稳压电源为旋转变压器一数字转换器提供稳定的直流电源；旋转变压器解码器ＰＣＢ板上ＦＰＧＡ的．玎ＡＧ接口与计算机的串口相连来调试和加载程序，计算机用来调试软件和作为解码器的串口输出显示器：信号发生器和旋转变压器用来产生系统需要的三路输入信号；示波器用来检测电路中各部分的输出信号的波形。
旋转变压器解码器如图７．１。
圈７．１旋转交压器解码器Ｆｉ９７．１Ｒｅｓｏｉｖｅｒｄｅｃｏｄｅｒ。
雷达伺服中双通道旋变测角系统的设计
雷达伺服中双通道旋变测角系统的设计曹晖;胡卫鹏【摘要】本文基于可编程逻辑器件FPGA-XC3S200A,采用了新型旋变解码芯片AD2S1210,设计了双通道旋转变压器解调的接口电路,并研究了双通道旋变解调的数字处理方法.该设计充分利用了AD2 S1210集激磁和解调为一身的特点,极大地简化了外部接口电路.实践证明该信号采集系统不仅能完全满足双通道旋转变压器测角系统的需要,同时还具有精度高,可靠性高,成本低,抗干扰能力强等优点.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】4页(P72-75)【关键词】旋转变压器;双通道;FPGA;AD2S1210【作者】曹晖;胡卫鹏【作者单位】西安电子工程研究所西安 710100;西安电子工程研究所西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN957测角系统的运动精度和响应速度直接影响到雷达定位和跟踪目标的准确性。
测角系统常用的位置传感器有旋转变压器(简称旋变)和光电码盘。
相比光电码盘,旋变常应用于在某些工作环境恶劣的场合，如具有高震动，严寒、潮湿、高速等等。
双通道旋转变压器是将两个极对数不等的旋转变压器合在一起。
通常极对数少的称为粗机，而极对数多的称为精机。
当转子旋转一周时，副边输出的两种不同频率的正弦波电压信号，构成粗精双通道系统。
在激磁绕组输入正弦电压Uref后，在粗通道的定子绕组感应输出两组出正余弦电压Uc_sin，Uc_cos；在精通道的定子绕组感应子绕组感应输出两组正余弦电压Uf_sin，Uf_cos。
测角系统根据Uref、Uf_sin和Uf_sin三者的关系来计算出旋变相应的角位置信息。
R/D(旋变/数字)转换芯片是专门针对旋变测角系统设计的。
通用的R/D芯片需要外部励磁电路产生激磁电压Uref，而新型R/D——AD2S1210不仅可以进行R/D 转换，而且可自产生激磁电压Uref，极大简化了外围电路。
其主要工作特性和参数为：①+5V单电源供电，逻辑接口电压可兼容+2.3 V至+5 V；②10位/12位/14位/16位多种分辨率供用户选择，最大跟踪速率为3125 rps，精度最高可达±2.5弧分；③内置可编程正弦波晶振器，可以将激励频率设置为2 kHz至20kHz范围内的多个标准频率；④同时具有串行通讯和并行两种对外数据接口；⑤可以选择输出绝对位置与速度信息。
基于旋转变压器的转角测量单元的硬件设计
基于旋转变压器的转角测量单元的硬件设计1 引言1.1 测角系统的发展前景及其应用领域角位移测量技术是几何量测量技术的一个重要组成部分，在国民经济和国防建设中具有广泛的应用和重要的作用，如：飞机、舰船、火箭、飞船常用惯性导航仪表来保证航行方向角的准确性；弹道式导弹的发射需要掌握发射点和落点的方位角；火炮以对其垂直角和水平角的控制，保证命中目标。
随着科学技术的不断进步，尤其是电子测量仪器的迅速发展，角位移测量技术也在不断地精益求精、更新换代，它已从传统的人工测量向由微处理器控制的测量方向发展，以实现任意采样、逻辑判断、误差补偿等人为行为的机器化，使测量系统具有了功能全、自动化程度高、更新能力强等特点。
采用微处理器参与控制和进行数据处理，已经成为提高测角系统可靠性，增强测角系统功能和实现自动化测试的重要手段之一。
基于电磁感应原理的旋转变压器类控制电机，原先主要用于航空、航天、舰船以及陆地军事装备中，如用于飞行器姿态控制和检测、导弹制导控制、火炮瞄准和控制、雷达天线跟踪等角位置伺服控制系统中，完成包括轴角位移或直线位移信息的检测、传输、接收和变换等功能。
近年来，它在工业机器人、数控机床、计算机辅助制造(以M)、工厂自动化(FA)等方面得到了越来越多的应用[1]。
但由于旋转变压器的输出是包含着位置信息的模拟信号，需要对其处理并将其转化成对应的包含着位置信息的数字量，才能与单片机或DSP等控制芯片接口。
这就需要设计相应的信号转换电路或者使用专用的旋转变压器—数字转换器来实现，它能同时输出绝对式信号和增量式信号，因此在伺服系统中获得了广泛的应用。
在纺织行业中，由于环境因素，容易产生严重的静电，普通编码器很容易在此类环境中损坏，而旋转变压器由于本身的结构特点，而具有很强的抵抗静电的能力。
所以若采用旋转变压器则可以很好地解决这个问题。
在航空、航天、雷达、火控系统及工业自动化领域中，经常需要对被控对象的角位移进行测量并加以控制。
基于双通道旋转变压器的高精度测角系统设计
基于双通道旋转变压器的高精度测角系统设计崔建飞;孙凤鸣【摘要】为实现伺服电机驱动回旋机构应用中的角秒级的角度测量精度.选用电气误差小于±10″的无刷双通道旋转变压器作为角度位置传感器,设计了双通道旋转变压器的激励及解算电路,通过数字信号处理器(Digital SignalProcessor,DSP)TMS320F28335读取解算电路输出的角度位置.与传统的无刷双通道旋转变压器角度解算电路相比较,可以有效减少软件算法中数据整合和纠错部分的工作量.实验结果表明该系统能稳定输出高质量的角度位置指示信号.适用于伺服电机定位控制等需要高精度角度位置反馈的场合,具有可靠性高、精度高、软件开销少的优点.%The aim of this study was to implement high precision angel measurement of rotary device. Two speed resolver which electrical error is less than ± 10″ was utilized to as angle position angle. Powering and decoding circuits were designed for the two speed resolver. The angle information was then read by Digital Signal Processor (DSP)TMS320F28335. Compared with other decoding methods of two speed resolver,this study can reduce software consumption on data integration and error correction. The results we obtained demonstrate this system could output high quality angle position indication signal with features of high precision,high reliability and simply coding.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)011【总页数】5页(P136-139,144)【关键词】角度测量;双通道旋转变压器;双通道轴角数字转换模块;TMS320F28335【作者】崔建飞;孙凤鸣【作者单位】天津津航计算技术研究所天津300300;天津市航空电子综合显示控制重点实验室天津300300;天津津航计算技术研究所天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300【正文语种】中文【中图分类】TN79+2在运动系统的精密控制领域，角度位置的测量至关重要，常用的角度位置传感器包括光电编码器[1]、霍尔传感器[2]、旋转变压器[3]（以下简称旋变）等种类。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统作者：姜博,梁雁冰,王晨来源：《现代电子技术》2010年第15期摘要:提出了一种基于FPGA的双通道旋转变压器测角电路设计方案,通过FPGA来控制AD2S82A、AD2S80A的解码和同步问题。
同时用FPGA对转换后数据进行误差补偿和组合,以及二进制角度值的转换,提高了整个系统的集成度和可靠度。
整个电路在Altium Designer 9.0设计环境下设计实现。
采用Altera公司的EP2C35F484C6型FPGA芯片进行FPGA部分的仿真,实验和仿真的结果很好地实现了该方案的设计功能,并满足高精度、高速度转换的设计要求。
关键词:双通道旋转变压器; FPGA; AD2S80A; AD2S82A; 测角中图分类号:TN710; TP29文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)15-0141-03Angle Measurement System for Two-speed Resolver Based on FPGA-(1. Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China;2. Graduate School, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)Abstract: A design scheme of angle measurement circuit for two-speed resolver based on FPGA is introduced, which controls the decoding and synchronization of AD2S82A and AD2S80A through FPGA. The error compensation and combination of the converted data and the conversion of binary angle value were carried on by FPGA, in order to improve the integration and reliability of the whole system. The whole circuit was designed in Altium Designer 9.0 design environment. The simulation of FPGA part is based on the chip EP2C35F484C6 of Altera Company, the test and simulation results achieve the design functions of the scheme commendably, and meet the requirement about high-precision, high-speed conversion of the design.Keywords: two-speed resolver; FPGA; AD2S80A; AD2S82A; angle measurement0 引言旋转变压器是一种电磁感应式传感器,用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度,它由定子和转子组成。
其中定子绕组作为变压器的原边,接受励磁电压,转子绕组作为变压器的副边,通过电磁耦合得到感应电压。
为了提高测量精度,采用双通道旋转变压器。
双通道旋转变压器采用单相定子激磁、两相定子感应输出。
在激磁绕组加上激磁电压后,在粗轴的定子绕组中感应出正余弦电压在精轴的定子绕组中也感应出正余弦电压U。
AD2S82A和AD2S80A是美国模拟器件公司(Analog Devices Inc)生产的分解器数字转换器(简称RDC)。
AD2S8X系列RDC可将转角转换成与转角成比例的数字量,它实质上是一种特殊的模数转换器。
AD2S82A和AD2S80A都属于AD2S8X系列中的产品,是一种单片式、分辨率可变RDC。
在制造过程中它采用BiMOS工艺,使用双极性高精度线性电路,因此具有精度高、性能稳定及可靠性高等特点[2-3]。
FPGA是可编程逻辑器件(PLD)的第四代产品,内部具有独立的I/O接口和逻辑单元CLB。
使用灵活,适用性强,特别适用于复杂逻辑的设计,FPGA芯片是系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一。
1 总体设计方案系统总体框图如图1所示,采用集成芯片AD2S82A和AD2S80A,分别作为旋转变压器粗码盘和精码盘输出信号的解码器,将旋转变压器输出的模拟量转换成与之对应的数字量[4]。
然后将它们送入中进行误差补偿和数据组合,再在FPGA中对误差补偿后的二进制角度值,通过分段查表转换为以度分秒显示的角度值。
图1 系统总体框图2 硬件电路设计2.1 硬件电路框图[5]该硬件电路框图如图2所示,FPGA芯片作为系统的设计核心,对其他电路模块进行控制,同时在FPGA中实现误差补偿和数据组合和角度转换。
图2 硬件电路框图2.2 驱动及A/D转换模块驱动电路主要采用集成芯片MAX038CPP,用其来产生正弦波,由于该正弦波电流很小,不能用其直接驱动旋转变压器,还要对其进行功率放大。
功率放大电路主要采用集成芯片OPA541AM。
把驱动电路产生的正弦波作为双通道旋转变压器的激励信号,加到其定子绕组上,于是在其粗通道转子绕组上产生正弦波和余弦波,将它们送入AD2S82A,对其进行解码。
同时,将旋转变压器精通道转子绕组产生的正弦波和余弦波送入AD2S80A,也进行解码[6-7]。
通过AD2S82A和AD2S80A的片选端口,可以选择它们各自的分辨率10 b,12 b,14 b,16 b,与其对应的最高跟踪速度为1 040 r/s,260 r/s,65 r/s,16 125 r/s。
由于它们将旋转变压器式信号转换成自然二进制代码,是采用一种比率式跟踪方法,输出数字角只与输入正余弦信号的比值有关,而与绝对值无关,因此具有较高的噪音抑制能力,可以减小旋转变压器远距离传输带来的误差。
这里AD2S82A和AD2S80A都选择12位输出。
当AD2S82A和AD2S80A正处于运算过程当中时,会在它们各自的BUSY端口,产生一个繁忙信号。
用FPGA对这两个繁忙信号进行检测,当两芯片有一块处在运算过程当中时,FPGA 发出一个禁止信号,送入AD2S82A和AD2S80A各自的INHIBIT端口,禁止这时读取两芯片的转换数据。
这样即能使两芯片工作同步,又能防止误读转换结果。
2.3 FPGA误差补偿和数据组合模块当双通道旋转变压器粗码盘和精码盘的极数比值为1∶32 时,旋转变压器旋转1圈,这时粗轴相当于转了1圈,而精轴相当于旋转了32圈,也即粗轴旋转1圈相当于转过360°,而精轴旋转1圈只转过了。
所以,精轴解码后的数字角最高位Q1代表相当于粗轴的P6位。
解码后的粗轴和精轴各个位的权重如表1所示。
由于粗轴的后几位肯定不如放大32倍之后的精轴的数字准确,所以粗精数字角组合的原则是,粗精轴都输出12位数字角,但粗轴只取高5位(P1~P5),而精轴取全12位。
由于旋转变压器在转动时,粗码盘和精码盘之间存在各种各样的误差,粗精通道对应位可能不同是变化。
即存在粗通道数据变化后,精通道对应位的数据还没有变化,同样也存在精通道数据变化,而粗通道对应位的数据还没有变化,因此还要对解码后的数据进行误差补偿。
通过表1可以看出,粗通道和精通道对应的位只有P6和Q1,它们都代表5°37′30″。
当P6和Q1变化不同步时,就要进行误差补偿。
采用VHDL语言编写误差补偿模块,在FPGA中实现误差补偿[10],其程序流程图如图3所示。
图3 误差补偿流程图表1 位权重二进制位1234567891011121314151617度18090452211521分3015374824422110521秒30452311633163819402010粗轴精轴补偿后2.4 角度值转换模块误差补偿后的角度值,是以二进制显示的角度,即如表1所示的不同的位代表的角度值不同。
为了方便显示和后续电路运算,还要对二进制角度值进行转换,将其转换为以度分秒显示的角度值。
直接按各个位的权重进行转换,涉及到多次乘法和除法运算,影响整个电路的速度。
通过查表可以避开免乘法和除法运算,但是直接查表需要很大的ROM空间,这里采用分段查表法,把误差补偿后的数据分成整度数的位R1~R3和带分秒的位其中按度分秒分别进行查表,再将查到的整度数和R1~R3查到的整度数做加法运算。
这样可以将ROM空间减小到原来的大约1/8。
3 仿真验证现将误差补偿、数据组合、角度转换3个模块进行仿真。
仿真是基于Altera公司的EP2C35F484C6型FGPA,仿真中建立了3种情况的测试平台,仿真结果如图4所示。
图4 仿真结果仿真的时钟周期为10 ns,db1~db18为FPGA的输入信号,其中db1为最高位。
db的高6位db1~db6为AD2S82A的输出(P1~P6),db的其他位db7~db18为AD2S80A的输出为误差补偿后的数据,再用去分段查表。
图4中deg为度数输出,min为分数输出,sec为秒数输出。
从仿真结果可以看出,当db6(P6)和db7(Q1)不同时,就要进行误差补偿。
误差补偿后的数据再通过分段查表,就可以得到正确的以度分秒显示的角度值。
4 结语提出并建立了一种基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统。
该方案的主要特点是充分利用了FPGA丰富的硬件资源,将复杂的数学运算和控制运算用硬件来实现,大大提高了转换的速率和整个系统的稳定性。
该方案也可以轻松地移植到更多极对数的旋转变压器或感应同步器上,可进一步提高转换的精度。
参考文献[1]王琳,宋国荣,王永梁.旋转变压器转角及幅值的微机测量系统[J].北京工业大学学报,2000,26(S1):15-17.[2]Analog Devices Inc..AD2S80A Datasheet[DB/OL]. [2000-01-20]. .[3]Analog Devices Inc..AD2S81A/AD2S82A Datasheet[DB/OL]. [2000-01-20]..[4]DENNIS Shi-hsiung Fu. Circuit applications of the AD2S90 resolver-to-digitalconverter[DB/OL]. [2006-02-w.discover .[5]PATEL Hitesh. Circuit applications of the AD2S81A and AD2S80A resolver-to-digital converters[DB/OL]. [2006-02-12]. http://www.discover .[6]DENNIS Shi-hsiung Fu. Speed measurement and control with the Ad2S83: a silicon tachogenerator[DB/OL]. [2006-02-12]. http://www.discover .[7]SCHIRMER Mark. Using the 2S80 series resolver-to-digital converters with synchros: solid-state scott-T circuit[DB/OL]. [2006-02-12]. http://www.discover .[8]何俊,李文华.基于FPGA和AD2S80A的数字测角系统[J].仪表技术与传感器,2008(7):68-69.[9]徐大林,高文政.基于FPGA的多极旋转变压器粗、精数据组合:双速处理器的设计与实现[J].测控技术,2006,25(5):42-45.[10]侯伯亨,顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.。