基于单片机的轴角数字转换电路的设计
PIC单片机模／数转换器ADC模块的设计思路及电路设计
PIC单片机模／数转换器ADC模块的设计思路及电路设
计
PIC16F877 单片机的ADC 内部结构如图1 所示。
40 引脚封装芯片与28 引脚封装芯片的区别主要在于模拟口的数量不同，28 引脚封装芯片没有
AN5～AN7 模拟量输入通道，其他各部分的功能和组成关系相同。
PIC16F877 单片机的ADC 内部结构图如图2 所示。
图1 主程序及中断程序流程
图2 PIC16F877 单片机的ADC 内部结构图
PIC16F877 单片机内部嵌入的ADC 模块具有10 位数字量精度，共有8 个模拟通道，与ADO 模块有关的寄存器共有11 个，其专用的4 个寄存器分别为：ADCCON0、ADCCON1、ADRESH 及ADRESL。
源阻抗（RS）和内部采样开关（RSS）阻抗直接影响所要求的充电电容CHOLD 的时间，采样开关（RSS）阻抗在单片机电压上的变化，源阻抗在模
拟输入时影响偏移电压（由于引脚漏电流）。
所推荐的最大模拟源阻抗是
101kΩ，在模块输入通道被选择后转换可以开始之前采集必须通过。
A／D 转换器时间每位定义为TAD，A／D 转换器每10 位转换要求
12TAD，A／D 转换器时钟源是可以通过软件设定的，TAD 的4 种可能选择是：
· 2TOSC；
· 8TOSC；
· 32TOSC；。
基于单片机的AD转换电路与程序设计
目录摘要 (1)ABSTRACT (2)0文献综述 (3)1引言 (3)1.1任务分析与方案确定 (4)1.2单片机的系统分析 (4)1.3A/D转换器的选取 (7)1.4传感器的数据采集 (8)1.5显示与键盘分析 (10)2 系统硬件设计 (13)2.1A/D转换的一般步骤 (13)2.2ADC0809内部功能与引脚介绍 (13)2.3ADC0809与MCS-51系列单片机的接口方法 (16)2.4控制器、振荡源和复位电路 (18)2.5键盘与显示电路 (19)3 软件设计 (21)3.1A/D转换 (21)3．2标度变换 (24)3.3数制转换 (25)3.4键盘程序 (26)3.5LED显示程序 (27)4结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)基于单片机的A/D转换电路与程序设计XXX西南大学工程技术学院，重庆400716摘要：A/D转换是指将模拟信号转换为数字信号，这在信号处理、信号传输等领域具有重要的意义。
常用的A/D转换电路有专用A/D集成电路、单片机ADC模块，前者精度高、电路复杂，后者成本低、设计简单。
基于单片机的A/D转换电路在实际电路中获得了广泛的应用，论文对这一电路结构进行了详细的研究。
关键词：单片机；AD转换器；电路Based on SCM A/D Circuit and Program DesignTANG XiaolingCollege of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, ChinaAbstract:A/D conversion refers to analog signals into digital signals, which in signal processing, signal transmission fields has the vital significance. Commonly used A/D circuit has dedicated A/D IC chip, high precision, the former ADC module circuit, the complex, low cost, simple design. Based on SCM A/D circuit in practical circuit has been widely used in the circuit, this paper makes A detailed study of the structure.0文献综述数据采集系统(用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号。
基于单片机的数据采集系统ad转换通道设计毕业设计
基于单片机的数据采集系统ad转换通道设计毕业设计目录摘要 (i)ABSTRACT (ii)目录 (iii)1绪论 (1)1.1 研究背景及其目的意义 (1)1.2 国外研究现状 (2)1.3 该课题研究的主要容 (3)2 单片机数据采集系统的总体设计 (4)2.1 单片机应用系统的组成 (4)2.2 单片机应用系统的设计 (6)2.2.1总体方案的设计 (6)2.2.2单片机应用系统的设计过程 (6)2.3 89C51单片机的简介 (7)2.3.1单片机的基本组成 (7)2.3.2 89C51单片机的引脚 (8)2.4 模拟开关电路4067 (11)2.5 A/D转换器MAX187 (13)2.5.1 MAX187简介 (13)2.5.2 MAX187特点及引脚 (14)3串行通信总线 (16)3.1 SPI串行外设接口总线 (16)3.2 SPI总线系统的组成 (17)3. 3 89C51和串行串行通信总线的实现方法 (18)3.3.1 89C51和MAX187的连接 (18)4模拟量输入系统的硬件电路设计 (20)4.1单片机数据采集系统的总体设计 (20)4.2 89C51单片机的硬件电路设计 (21)4.2.1单片机的时钟电路和时序 (21)4.2.2单片机的存储器 (22)4.2.3单片机的工作方式 (23)4.3输入系统的硬件电路的总体设计 (24)4.4 模拟开关电路4067的工作原理 (26)4.5 MAX187的硬件设计 (27)4.5.1 MAX187工作过程 (27)5模拟量输入系统的软件设计 (29)5.1 简介KeilUvision2 (29)5.2 数据采集的程序 (35)5.3 MAX187的A/D转换子程序 (38)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1绪论1.1 研究背景及其目的意义近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。
8031单片机的80c31单片机AD转换电路系统设计
8031单片机的80c31单片机AD转换电路系统设计80c31单片机A/D转换电路系统设计The Design Of A/D Conversion Circument System Of 80c31MCU摘要A/D转换是单片机可以实现的基本功能，也是单片机的一个重要功能。
A/D转换电路在人们的日常生活的各个方面，都得到了广泛的应用。
本文就是基于80c31单片机的A/D转换电路系统的设计。
该系统主要包含数据的采集，数据的处理和结果的显示。
其中，单片机采用83c31，显示部分采用LED，转换部分采用ADC0809。
关键词 80c31单片机 ADC0809 LED显示AbstractThe A/D conversion is the basic function of SCM,and also is a important one.The A/D conversion circument is widely used in all aspects of people?s life.This article isabout the design of the A/D conversion circument system basied on80c31 SCM.This system contains the collection of data,the process of data,and the display of data. The SCM uses the 80c31 model.Displayed part uses the LED.And the converter uses the ADC0809.Keywords 8031SCM ADC0809 display with LED目录前言 ..................................................................... ....................................................... 1 第1章总体方案设计 ..................................................................... ...................... 3 1.1 系统要求 ......................................................... 3 1.2 方案实现 ......................................................... 3 第2章单片机简介 ..................................................................... .......................... 4 2.1 单片机学习应用的重要部分 ......................................... 5 2.2 8031单片机硬件介绍 ............................................... 7 2.3 8031指令系统 ................................................... 10 2.4 8031软件设计 ................................................... 13 第3章系统硬件设计 ..................................................................... .................. 15 3.1 模数转换模块 .................................................... 15 3.2 锁存模块 ........................................................ 19 3.3 显示模块 ........................................................ 21 3.4 译码模块 ........................................................ 25 3.5 系统整体电路图 .................................................. 27 第4章软件设计 ..................................................................... .......................... 31 4.1 主程序框图 ...................................................... 31 4.2 显示程序框图 .................................................... 32 4.3 A/D 转换程序 .................................................... 34 结论 ..................................................................... .................................................... 35 谢辞 ..................................................................... ..................................................... 36 参考文献 ..................................................................... ............................................. 37 附录 ..................................................................... . (38)前言单片机是工业控制领域内最理想的机种，在国外已经得到了广泛应用.国内应用单片机，大体始于1982年，短短的十几年时间内，发展极为迅速.1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会上友表了130篇论文，其中应用方面的有90篇，开发方面的有40篇.有的地区还成立了单片机应用协会，如北京单片机应用协会等，足以显示出单片机的应用已日趋普及和深化，已形成一次全国性的高潮.目前，单片机在工业控侧.航天系统、智能武器以及智能仪器仪表等方面都得到了广泛的应用.在我国推广使用单片机，具有特别重要的意义.它将有助于我国各行各业的技术改造和产品的更新换代.随着具有高速运算与数据处理能力的16位单片机的出现，单片机也开始渗透到数据处理的领域.单片机诞生于20世纪70年代末,单片机的发展历史可划分为以下几个阶段: 第一阶段(1974年~1976年):为单片机初级阶段,即SCM单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段。
基于RDC19224的旋转变压器轴角采集电路设计
广泛 应用的数字控制伺服 系统 中，需要将输 出 块及其兼 容产品 占据这市场主导地位 。而 国外 系 统中。 Ｄ Ｃ及数字 化单芯 的电压信号转换为数字量 ，轴 角电压采集精度 这 种产 品以逐渐被 单芯片 Ｒ 及速度将直接影响 到伺服控制 系统的控制精度 和动 态性能 。 片转换器 所取代 。相 比之 下单芯 片 Ｒ ＤＣ具 有 精度 高、运算速度快、体积小 、成本低等 多方
１电路设计
如图 １ 所 示，轴 角采集 电路由激磁产 生电
旋转 变压 器 ． 数 字转 换 （ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｒ － Ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ 面优 点。
＜ ＜上 接 １ ３ ８页
埘 一 ～ 一 ～ ～ 一 ～ 一 ～ 一 一 ～
基于 麦克 风阵 列 的声源 定位 技术 同传 统 的主动声定位技术相 比，它 具有隐蔽性强、不 受 电磁波干扰 的特点 。可用 于语音及 说话人识 别软件的前端预处理 ，以提供 高质量 的声音信 号 ，提高语音及说话人 识别软件的识别率 ；也 会议记录 ，以提 高声音 拾取 的质量；还可用于 助昕装置 中，更好地为听障患者服务 。 通过仿真结果 ，可 以看 出并不是任意一种 对于基于 时延 的声源 定位系统来说 ，选择哪种 算法进行 时延估 计应 该综合考虑环境 、应用要 来决定 。
Ｈａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ窗对数据 进行加 窗处理 ，人 为设定延 时 真值 为 １ ６个 采样 点 ；数据 长度 为 １ ２ ０ ０ ０ ； 迭 代 步长 为 “ ＝ ０ ． ０ ０ ０ ０ ０ １ ； 自适应 滤 波器 的 阶 数为 ６ ５阶，即 ｐ ＝ ３ ０ ；权值初值 ｗｉ （ ０ ） ＝ ０ ，ｉ ＝一 ｐ ． － － ｐ 。不同信 噪比情 况下，仿真结果如下所示： 降到时，算法依然能准确地估计 出延时。然而 ， 随着信 噪 比的不断 降低和混响 的加入 ，收敛的 迭代 次数将会明显增加 ，算法 性能下降，且收 善输入信号 的信噪 比，是加快 收敛速度和提高
基于单片机和ADC多通道模数转换的设计与实现
基于单⽚机和ADC多通道模数转换的设计与实现⽬录摘要本⽂介绍了基于单⽚机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有⾮常重要的作⽤。
本⽂介绍的重点是数据采集系统，⽽该系统硬件部分的重⼼在于单⽚机。
硬件部分是以单⽚机为核⼼，还包括A/D模数转换模块，LCD1602显⽰模块部分。
8路被测电压通过模数转换器ADC0809进⾏模数转换，实现对采集到的数据进⾏模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过LCD1602显⽰器来显⽰所采集的结果，并且可以通过按键来查看任意通路的电压值，整个系统具有操作⽅便、线路简单、测量误差⼩等优点。
关键词：单⽚机AT89S52、模数转换器ADC0809、数据采集、LCD1602显⽰器1、⽅案设计根据设计要求，采⽤的⽅案如下：硬件部分实现对8路数据采集和显⽰的功能，包括MCS-51单⽚机、ADC0809、LCD1602；软件部分实现单⽚机对8路输⼊数据的采集以及对LCD1602的显⽰操作。
主要设计思想：单⽚机P1与ADC0809相连，P0与LCD1602连接。
模拟信号通过IN0——IN7输⼊到ADC0809中转换为数字信号，P1获得此值后，经过处理得到每位的数据后，通过P0⼝写数据到LCD屏上。
数据采集电路的原理框如图1所⽰。
图1 数据采集电路的原理框图2、硬件电路的设计单⽚机的最⼩系统设计单⽚机最⼩系统是能补⾜单⽚机⼯作的最简单电路，它由单⽚机、电源、晶体振荡器、复位电路等构成。
它是本系统的处理单元也是控制单元，负责处理信号、外设的接⼝与控制，同时它也是所有软件的载体。
本系统采⽤AT89C52是美国Atmel公司⽣产的低电压、⾼性能CMOS 8位单⽚机，⽚内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采⽤Atmel 公司的⾼密度、⾮易失性存储技术⽣产，兼容标准MCS-51指令系统，⽚内配置通⽤8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强⼤的AT89C52单⽚机可灵活应⽤于各种控制领域。
单片机实现ad转换的原理
单片机实现ad转换的原理
AD转换（Analog-to-Digital Conversion）是将连续变化的模拟信号转换为数字信号的过程。
在单片机中，AD转换通常由模拟输入引脚、采样保持电路、比较器和计数器等组成。
下面是单片机实现AD转换的一般原理：
1. 模拟输入引脚：单片机有专门的引脚用于接收模拟信号。
该引脚可以连接外部模拟信号源，如传感器等。
2. 采样保持电路：模拟输入信号需要经过采样保持电路。
这个电路会根据某种时钟信号，周期性地对输入信号进行采样，并将采样结果保持在一个电容中，以供后续的转换过程使用。
3. 比较器：采样保持结束后，采样保持电路的输出会送到一个比较器。
比较器会将采样信号与参考电压进行比较，产生一个数字信号，用以表示该采样信号是大于还是小于参考电压。
4. 计数器：比较器的输出信号会连接到一个计数器模块。
计数器会对比较器输出的数字信号进行计数，以产生AD转换的结果。
计数器的计数周期和分辨率决定了转换的精度。
5. 数字输出：转换完成后，计数器的结果会输出到单片机的某个寄存器中，以供后续的数据处理使用。
这样，模拟信号就被转换为数字信号，可以被单片机的其他部分处理。
需要注意的是，AD转换的精度和速度取决于单片机内部的AD转换模块的性能，以及外部电路的设计和连接方式。
每种单片机的具体实现方式有所差异，所以在实际应用中，需要查阅相关单片机的参考手册，了解具体的AD转换原理和实现方式。
高精度数字化轴角转换器的设计
高精度数字化轴角转换器的设计作者：李宝龙李宝珺来源：《科技资讯》 2011年第19期李宝龙1 李宝珺2(1.西安电子工程研究所西安 710100; 2.西安应用光学研究所西安 710065)摘要:介绍了一种通过FPGA来完成数据采集、运算,实现高精度轴角转换设计。
运用双通道旋转变压器数据的纠错组合原理、方法,及其在FPGA当中的软件实现,发挥了FPGA在数据处理上的优势,实现了轴角转换的实时、高精度、高可靠性,具有较广泛的应用范围。
关键词:旋转变压器 FPGA 轴角转换中图分类号:TM383 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)07(a)-0061-01角位置测量是工业控制系统的重要研究内容,在系统控制当中有着广泛的应用。
为了适应测量、伺服系统数字化的要求,常采用轴角数字转换器完成模拟角位移信号到数字信号的转变。
高精度双通道旋转变压器数字转换器(RDC)轴角转换系统,以其高可靠性著称,应用广泛。
本文从工程应用的角度,针对精密无刷多极双通道旋转变压器,采用高精度、高集成度双路RDC模块作为轴角解算元件,应用大规模FPGA器件,实现实时、高精度轴角转换。
1 系统硬件组成精密多极双通道旋转变压器作为轴角测量元件,一般与转轴同轴安装,它相当于一台1∶1的旋转变压器和一台1∶n的旋转变压器的结合体。
当粗机旋变转过1圈时,精机旋变则转过n圈,即粗机以360°为1个周期,精机以360°/n为1个周期,精机的1圈(360°)表示真实轴角角度的1个360°/n。
这种方式相对于单极单通道具有更高的测角精度。
RDC模块采用了二阶无静差伺服系统原理,具有精度高、稳定性好、跟踪速度快等优点。
当其端子上加上旋变的正、余弦信号和激磁信号后,就能输出一个并行TTL电平的二进制码,表示以1转为单位的输入角的二进制码。
本系统采用的RDC模块是双通道转换器,内部2个通道相互独立,集成度更高,有独立的参考电压和输入信号,其输出数据双通道公用,通过锁存器与外部数据总线连接,如14XSZ2S02系列,分辨率为14位,解算精度5.2′。
用89S51单片机实现模拟信号和数字信号的转换
多种放大倍率，以满足不同传感器的要求。放大 电路用低功耗四芯运算放大器 LM324 芯片来实 现，LM324 每块芯片含有四个独立的高增益、内 部频率补偿运算放大器，具有公共的工作电压 输入端和接地端。该芯片的工作电压宽 （3V~ 32V），精度高，线形好。每块芯片可完成两路温 度信号的放大。滤波放大电路见图 2。
LED 显示。模拟信号从 AIN0.0~AIN0.7 输 入，经 A/D 转换后查表求出的温度值从 P2.0 输 出，送入显示驱动芯片 MAX7221 驱动 LED 实现 温度值的实时显示。
温度反馈控制电路。在单片机内部对采集 来的数据与要求的控制点进行比较，然后通过
路
P2.4~P2.7 输出控制信号进行反馈控制，通过继 电器控制加热电路或制冷电路来调整温度值。 单片机通过 RX2（数据接收端）和 TX2（数据发 送端）控制 MAX232 的 RO（接收输出）和 DI（驱 动输入），通过该芯片实现与上位机的串行通 讯。
C8051F020（100QTFP）共有 100 个引脚，在 本系统中利用它的第 18~25 脚共 8 个端口作为 多路模拟信号的输入端口[2]。根据它的交叉开 关优先权译码表可知两个 UART 的 TX 和 RX 只能连到端口引脚 P0.0~P0.3，其余 UART 引脚 没有限制，本系统中利用一组 TX2 和 RX2 经过 MAX232 接口，使该测试系统具有 232 接口，与 计算机进行通信。
A/D 转换。由于本系统采用的是自带 A/D 的 C8051F 单片机，它具有与 8051 指令集完全兼容 的 CIP-51 内核，片内自带有一个 12 位 ADC，一 个 8 位 ADC，并且每一个 ADC 都对应有多个输 入通道、输入多路选择开关和可编程增益放大 器。本系统选用 C8051F020 完成模拟开关、A/D 转换和微控制器的作用。
基于FPGA的全数字轴角变换算法_赵品志
电压激励信号，通过转子的特殊设计（ 绕线或变
磁阻） ，使得正、余弦绕组产生与转子位置相关的
调制信号． 设激磁绕组的激磁电压为
Vexc = E·sinωexc t． 式中： E 为激磁电压的幅值，ωexc为激磁电压的角 频率．
当转子转过 θ 电角度时，正、余弦绕组输出的
调制信号分别为
Vsin = m·E·sinωexc t·sin θ， （ 1）
脉冲 驱动 序列 电路
旋转 变压器
ADS 7861
激磁信号发生器
驻∑ 调制器
正弦波 发生器
相移 频率
采样脉冲
FPGA
Vsin
角度
SPI
角度跟踪
接口
Vcos
模块
速度
图 4 基于 FPGA 的全数字轴角 － 数字变换器
3. 1 激磁信号发生器 根据旋转变压器变比及工作频率的不同，要
求激磁信号的频率及幅值均连续可调，激磁信号 发生器主要有硬件和软件两种实现方式． 其中硬 件方式的激磁信号峰值采样点很难准确确定，不 便于数字化，另外频率波动也会增加解调算法的 动态误差． 软件方式一般采用专用 DAC［5］或数字 PWM 的方法［6］，使用专用 DAC 芯片会增加系统 成本，不利于实现低成本化． 而数字 PWM 的调制 频率一般不会高于 100 kHz，相对于 20 kHz 的激 磁频率是比较低的． 因此，本文设计了适合 FPGA 实现的基于 ΔΣ 调制器的激磁信号发生器，ΔΣ 调 制器的逻辑结构图如图 5 所示，使用很少的FPGA 硬件逻辑资源即可将 12 位数字量调制为 1 位数 据流［10］． 数 据 流 的 更 新 率 为 系 统 时 钟，这 里 为
式中： θ^ 为估算角度值．
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（ ｐ ｒ ｅｔｆＣ ｎｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇ， Ａ Ｉ ｈ ｎ ｏｇ Ｙｎａ ６ ０ １ ｈｎ ） Ｄｅａｔ ｎ ｏｔ ｇｎｅｉ Ｎ Ｅ ，Ｓ ａｄ ｎ ａｔｉ ４ ０ ，Ｃ ｉａ ｍ ｏ ｏＥ ｎ ２
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｇ ｖ ｓｔ ｅ ｄ ｓ ｎ ｉ ｅ ｎ ａ ｄ ａ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅｆ ｕ ｅ ｏ ｎ ｌ ｏ ｖ ｒ ｒ ｉｃ ｓ ｓｒ ｃ ： ｈ ａ ｅ ｉｅ ｈ ｅ ｉ ｄ ａ ａ ｄ ｈ ｒ ｗ ｒ ｒｎ ｉ ｌ ｉ ｒ ｆａ ｇ ｅ ｃ ｎ ｅｔ ，ｄ ｓ ｕ — ｇ ｇ ｅ ｓ ￥ｉ ｅａ ｌ ｈ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｎ ｐ ａ ｅ ｐ ｌｅ ｃｒ ｕ ｔ ａａ ｃ ｌ ｃｉ ｎ ｃｒ ｕ ｔａ ｄ ａｔ ｎ ａ ｉｎ ｃ ｒ ｕ ｔ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｆｉ ． ｈ ｓ ｕ ｓ ｉｃ ｉ ．ｄ ｔ ｏｌ ｔ ｉ ｉ ｎ ｔ ｕ ｔ ｉ ｉ ， ｅ ｏ ｃ ｅ ｏ ｃ ｐ ｔｆ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉｎ ｉ ｅ ，ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｈ ｎ ｌ ｃ ｎ ｅｔ ｒｃｒ ｕ ｔ Ｏ ‘ ｕ ｏ ｗ ｒ ｈ ｏ ｗａ ｅ ｄ ｓ ａ ｅ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｄ ｓｇ ｒ ｃ ｓ ．Ｔ ｅ ａ ｇ ｅ ｏ ｖ ｒ ｉ ｉ Ｃ Ｂ ｔ ｇ ｄ ｅ ｃ
“ ＝ ｓ Ｏｉｔ ｉ ｓ ｏ ｎ ｎｔ
（） ３
其 中： ０为余 弦绕组 轴线 ｚ 一 ： 。 ｚ与激磁绕组 轴线 Ｄ 一
以旋转变压器为例 ， 采用单片机设计 了一种智能型
轴 角／ 数字 转换 电路 。
Ｄ 之间的夹角 ； ｍ 当 ０ ０时余 弦绕组上两端感 Ｕ为 ： 应 的交 流 电势 的 幅值 。
作 者简介 ： 进勇 （９ ６ 男 ， 于 １７ ）， 山东海 阳人 ， 副教授 ， 工学博士 主要从 事飞行器控制 系统设计与仿真 。
图 １ 正余 弦旋 转变压器
・
４ ４・
工业仪表与 自动化装置
２１ ０ ２年第 ４期
２ 硬 件 设 计
２ １ 设 计 思 想 ．
由式 （ ） ４ 可知 ， 只要测 量 “和 “就可 求 出轴角 ０ 。
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ａ ｌ ｏ ｖｅ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ａ ｈ ｐ ｉ ｒ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓｇ ｆ ｔ ｎｇ ｅ ｃ ｎ ｒ ｅ ａ ｅ ｎ ｓｎｇ ｌｃ ｉ ｍ ｃ ｏ ｏ ｕｔ ｒ
ＹＵ Ｊｎ ｏ ｇ，Ｗ Ｕ Ｘｉｏ ａ ｉｙ ｎ ａ ｎ ｎ，ＤＡＩＨｏ ｇ ｅ ｎ ｄ
＝ ｓ ｗ ｉ ｔ ｎ （） １ 式 中： 为定子激磁绕组上的交流电压的幅值。
别 是 自动驾 驶仪 系 统 中 常用 的装 置 ， 来 检 测 控 制 用
对象的实际转角 ， 回送给计算机 ， 构成随动系统的闭 环控制 。机械角度传感 器为电机式传感器 ， 目前应 用较多 的通常为旋转变压器或 自 整角机 。旋转变压 器将机械转角转换成交流电信号输 出， 转换器再将 其 输 出 的交 流信 号转 换为 数 字量 。
主频 以及 数据 的传 输 方 式 ， 用 的有 查 询 和 中断 方 常 式， 若采用 Ｄ Ａ传输方式 则可进一步提高数 据的 Ｍ
传输速度。该 文选 用 Ａ １７ Ｄ ６４来完成数据 的采集， 该 芯 片满 足数 据采 集要 求 ， 价 比高 Ｊ 性 。
２ ５ 衰 减 电路设计 ．
图 ４ 衰减电路与 Ａ １７ Ｄ ６４连接 图
硬件 结构 设计 如 图 ２所 示 ， 中 ， Ａ 和 Ｒ Ｍ 图 Ｒ Ｍ Ｏ 是 为单 片机扩 展 的数据 和程序 存储 器 ；／ Ａ Ｄ １和 Ａ ／ Ｄ２电路 用 于 同步采 集 和 转换 旋 转 变 压 器输 出 的 ２ 路模 拟 电压信 号 ；０ １ 片 机 提供 整 个 系统 的控 制 ８３ 单
２ ４ 数据 采集 电路 设计 ．
采用 Ａ Ｄ转 换器来 完成 数据 的采集 ， 于 高速 ／ 对
数据采集 ， 最大采样频率取决于 Ａ Ｄ的转换时间以 ／ 及数据的传输时间。提高最大采样频率可通过缩短 Ａ Ｄ的转换 时 间或提高数 据 的传 输速 度来 实现 。 ／ 如果与 Ｐ Ｃ机接 口， 数据的传输速度决定于 Ｐ Ｃ机的
因为旋 转变 压器输 出的 电压 信号 幅值 最 大值大 于 Ａ Ｄ转换器 的输 入允许 电压值 ， 以旋转 变 压器 ／ 所
２１ ０ ２年第 ４期
工业仪表 与 自动化装置
・４ ５・
的输 出电压信 号必 须先 经过 衰减 电路 的处 理才 能输
入 到 Ａ Ｄ 转 换 器 的 输 入 端 。衰 减 电 路 与 Ａ ６ ４ ／ Ｄ１７
表 １ 角度计算 公式
图 ２ 硬件总体设 计框图
２ ３ 同步 脉冲产 生 电路 ．
该设计应将旋转变压器的激磁 电压信号 ｕ的 正半波变成与之 同步的脉冲信号 ， 以触发单片机 用 同时启 动 ２路 Ａ Ｄ转 换 。为 了 实 现将 交 流 电 信 号 ／ 与 １ｒ －Ｌ逻辑 电平 的兼 容 ， 目前 常用 的是 光 电耦 合 电 路 ， 电耦 合 电路 主要 由光 电耦 合 器 和 限 流 电 阻组 光 成 。 同步 脉 冲产 生 电路 的框 图如 图 ３所示 。
的大小 。而 ｕ和 “也 容 易 由 Ａ Ｄ转 换 器 转换 成数 。 ／ 字 量 ， 关键 是要解 决 如何 取得 同一 时 刻 的 和 但
值 。根据上述原理分析 ， 该设计采用激磁 电压为同 步脉冲信号 ， 当此同步脉冲信号到来时 ， 利用单片机 同时启动 ２ Ａ Ｄ转换 ， 同一时刻的 ｕ ｕ信号 路 ／ 将 和 采 集转换 并输 送 到单 片 机 中 ， 片 机将 采 集 到 的数 单 据进行滤波处理 ， 再进行反正切计算得 出被测 目标
信号 ， 负责启动数据采集 ， 进行数据存储和计算最后 输出； 时钟 电路 和复 位 电路 负责 提 供 单 片 机 的 时钟 信号和复位信号 ； 电耦合 电路将旋转变压器的激 光 磁 电压信号 转 变 为 单 片 机 的 启 动 同步 数 据 采 集 的触发脉冲信号 。
８３ 单 片机 ０１
路、 数据 采 集 电路 和 衰减 电路 的 过 程 。该 论 设
轴 角数 字转换 电路 具 有结 构 简单 、 价格 低 、 用方 便 的特 点 。 使
关键 词 ： 角数 字转换 器 ； 片机 ； 件设 计 ； 字滤波 轴 单 软 数 中图分 类号 ：Ｐ ６ ． Ｔ ３８ １ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ：００～ ６２ ２ １ ）４— ０ ３— ４ １０ ０８ （０２ ０ ０４ ０
传 统 的轴角／ 字转 换 电路 是 由解 码 网络 、 数 比较 器 、 冲源 、 脉 五位 编码 门控 电路 及诸 多 的数字 逻辑 电 路 组成 ， 的突 出缺点 是 电路 复杂 ， 它 可靠 性低 。该 文
则转子正余 弦输 出绕组两端的电压为 ：
Ｕ ｃ ｓｓ ｔ ｍ ｏＯｉ ｍｏ （） ２
咂
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塑堡皇 — 一 堕卜 —
图 ３ 同步脉 冲产生 电路框 图
综上所述 ， ｕ 以 为基准电压 ， 同步采集 ／ ， ， ２ ｕ 根 ， 据其正负符号关系 ， 利用表 １ 确定 ０ 所在 区域 ， 选取 相应 的计算 公式 便可计 算 出 ０的弧 度值 。最后 将 弧 度值转换为角度量 。设弧 度值为 ０， 角度值 为 ： ， 则 转 换公式 为 ： ０ ＝（ １订）×１ ０ ２ ０／ ８。 （） ５ ２ ２ 硬件 设计 方案 ． 利用单片机采集 ２ 路电压信号后将其转换为数 字信号 ， 再经过运算求 出被测物转过的角度， 将算得 结果 向锁存器输 出， 以便其他器件如 自动驾驶仪和 显示器利用。从实现的功能上来看需设计 的单片机 应用 系统可 大致 分 为 ４大 部 分 ：） 旋 转 变压 器 的 １将 信号 降压 到模数 转 换 器 输 入允 许 范 围 的 衰减 电路 ； ２ 对从旋转变压器输 出的电压信号进行采集和转 ） 换 的模数 转换 电路 ；） 激磁 电压信 号 变 换成 同步 ３将 脉冲连接到单片机 中断源的光电耦合 电路 ； ） 片 ４单 机外 扩数 据 和程序存 储 芯片 电路 。
样正好都在峰值时刻附近 ， 其数据可信度较好 ， ５个 数 据在进 行 数字 滤波 处理 时任 务也 不重 。
由式 （ ） 式 （ ） ２ 、 ３ 整理 可得轴 角 ：
０＝ａｃ ｎ ｕ／ ｒｔ （ ｕ） ａ
Ｚ
１ 正余弦旋转变压器 的工作原理
正余弦旋 转 变压 器 的结构 如 图 １所示 ， 中 图
Ｄ 一Ｄ 为定子激磁绕组 ， ： 在与之轴线 相垂直 的两端 短
（） ４
收 稿 日期 ：０２— ２—１ ２１ ０ ７
ｉ ｕ ａｉ ｎ ｉ ｉ ｌ ｆｇ ｒ ｔｏ ｓ ｓｍｐ ｅ，ｌｗ—ｙｎｇ ｐ ｃ ｎ ｔｉ ａ ｉｒｔ ｓ ． ｏ ｌ ｉ ｒ ｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｅ ｓｅ ｏ ｕ ｅ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ： ｎ ｌ ｏ ｖ ｒｅ ｙ ｗｏ ｄ ａ ｇ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｒ；ｓｎ ａ ｈ ｐ ｍｉｒ ｃ ｍｐ ｅ ；ｓ ｆｗａ ｅ ｄｅ ｉ ｎ；ｄ ｔ ｌｅ ｉ ｇ ｌｃ ｉ ｃ ｏ ｏ ｕｔｒ ｏｔ ｒ ｓｇ ａａ ｆ ｔｒ ｉ
换 时间 为 ｌ ｓ故 启 动转换 后延 时 １ ｓ待结 果稳 ０ ， ５ ，
定后 再读 取 转换结 果 。设计 采样 ５次 是 因为 ５次 采
连接 如 图 ４所示 ， 衰减 电路 由 ２个 １０ｎ 电阻 ， ０ 一个 ４ ３ｋ． ． Ｄ 电阻和 一个 ２ １ｋ 的 电位 计组 成 。 ． Ｑ
子转 角 的正 弦成正 比， 为正 弦绕 组 ， ｚ ｚ 输 出 称 则 。一
的电压 ／ Ｚ ｓ 与转子转角的余弦成正比， 称为余弦绕组。 在定子激磁绕组上加交流激磁电压 “， 则其正 弦／ 弦绕 组输 出的 电压 与机 械转 角成 严格 的 正弦／ 余 余 弦关 系 。若在 定 子激磁 绕 组上加 激 磁 电压 ：