基于PC/104总线的旋转变压器/数字转换电路设计

传统的轴角/数字转换电路复杂、可靠性低。随着大规模集成电路的发展，模块化的轴角/数字转换器不断推新且广泛应用于各种导航系统的方位角和纵横摇姿态角信息的测量系统中，用于大型雷达设施的方位角与仰角信息的检测与控制等，某寻北仪系统由于工作环境恶劣、机动频繁等因素，采用了基于PC/104总线的工控机，提高了系统的可靠性。本文介绍了一种实用的轴角/数字转换器14XSZ3412-01及其在某寻北仪系统中的应用。

1 工作原理及引脚功能

14XSZ3412-01是一种超小型化、采用跟踪转换技术的旋转变压器/数字转换器，他应用了二阶伺服回路，且在数字输出端包含三态锁存器。输入信号可以是来自4线旋转变压器信号和参考，输出是经三态锁存器、与TTL电平兼容的并行自然二进制码数字量，三态输出能使多个转换器直接挂在数据总线上，而且在使用禁止信号INH时不断开转换器内部回路。字节选择信号“BYSEL”的设置极大的方便了数据总线宽度为8b的用户，用户可以在8b宽的总线上得到16b字长的数据，而无需外部接线。

转换器的引脚(如图1)按其功能说明如下：

直流供电引脚 包括+5V，GND(地)，+15V，-15V四个引脚，直流电源的波动范围为±10%，建议在电路板上+5V，+15V和-15V到GND之间分别并联1个0.1μF和1个6.8μF的滤波电容。

CASE端 与外壳相通，使用时需将该端接机壳地。

输入模拟信号引脚 旋转变压器引线端D1，D2及Z1，Z2，Z3，Z4分别与转换器引脚RH，RL及S1，S2，S3，S4一一对应连接。

控制信号引脚 有INH，EN，BYSEL三个引脚。

计算机与外部设备交换数据时，常对外设发送设备选择信号CS和读信号RD，当数据总线为8位宽度时，计算机还需要发送字节选择信号BYSEL信号。XSZ转换模块与计算机之间转换数据的能力与一般外部设备一样具有兼容性。INH引脚与计算机的CS信号相连，EN引脚与RD信号相连，BYSEL引脚与计算机的字节选择控制信号相连，当用户使用8位宽度的数据总线时，只需将XSZ的高8位依次连接到8位数据总线上。当BYSEL为高电平时，转换器高字节数据输出，当BYSEL为低电平时，转换器低字节数据送到总线上，在字输出时，转换器的BYSEL引脚应接高电平(或悬空)，并且模块输出全量与16位总线一一相连。

状态信号引脚 BUSY。当“BUSY”为高电平时，表示转换器内部二阶电子伺服环境正在工作，数字输出端不能直接输出;反之计算机可直接从数字输出端读取转换数据。

数字输出信号引脚 数字输出取自引脚1-14，引脚“1”代替最高位(MSB)，“14”代表最低位(LSB)。

2 数据传输方法

该转换器的数据传输方法有2种常用方法：

(1)检测“忙”(BUSY)信号

图2所示当计算机读取数据时，可对BUSY进行检测，若UBSY为“1”，则数据无效，反之则数据有效，这里，可把“使能”(EN)端连接“读”信号。

(2)施加“禁止”(INH)信号

如图3所示，当需进行数据传输时，计算机可向INH端发一个逻辑低电平，从而阻止了锁存器的刷新。当INH端被置于低电平并延迟600ns后，便可读取数据。

3 与PC/104总线的接口设计

14XSZ3412-01与PC/104总线接口的硬件电路结构如图4所示，

图中，A/D转换器的S1，S2，S3，S4端分别与旋转变压器的输出信号引脚D1，D2，D3，D4一一对应连接，RH，RL分别接旋转变压器的激磁引线端Z1，Z2，CASE接机壳地。CPU通过8255来控制XSZ模块的工作，包括启动读数的控制信号，高低字节选择信号等，其工作原理为当需进行数据传输时由CPU通过8255向XSZ模块的INH端发送低电平，以禁止XSZ模块锁存器的数据刷新，当INH被置于低电平并延迟600ns后，CPU便可读取数据，读取数据时通过控制BYSEL端的高低电平即可读取高低字节数据，EN与地相连，则计算机可以随时读取数据。

以某寻北仪系统测量方位角为例，给出数据采集部分的程序如下(系统中8255命令字口地址为0x3f6)：

介绍了旋转变压器/数字转换器14XSZ3412-01的工作原理和数据传输方法，给出了与PC/104总线的接口电路设计和数据采集程序，该设计已成功应用于某方位角测量系统中，实践证明，该设计合理，能够满足系统要求。