【正文】 PNP 三極管在飽和和截止兩種狀態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，驅(qū)動(dòng)電流又 Vcc 提供。 所以此設(shè)計(jì)中選用 LED 八段數(shù)碼顯示管作為顯示器件。 （ 4）壽命長(zhǎng)，使用壽命在 10 萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá) 100 萬(wàn)小時(shí)。 （ 2）發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短（ 0． 1μs），高頻特性好，單色性好，亮度高。利用 LED 技術(shù)，可以制造比 LCD 更薄、更 亮、更清晰的顯示器，擁有廣泛的應(yīng)用前景 [23]。 LED 與 LCD 的功耗比大約為 10:1，而且更高的刷新速率使得 LED 在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達(dá) 160176。 復(fù)位電路 圖 復(fù)位電路 當(dāng)開關(guān)被摁下一次，使單片機(jī)中寄存器處于特定狀態(tài) ， 即數(shù)據(jù)被復(fù)位。 Y１為晶振，值一般為 。一旦單片機(jī)捕捉到 BUSY 信號(hào)由高變低，就知道 AD2S83 完成了 1 次跟蹤過(guò)程，此時(shí) AD2S83 的輸出數(shù)據(jù)有效，單片機(jī)執(zhí)行讀數(shù)中斷，開始讀取已經(jīng)轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)[26]。 89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 [22]。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 [21]。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。 綜合以上比較所以選擇其中的 89C51 作為設(shè)計(jì)的單片機(jī)。 8051 片內(nèi)有 4k ROM，無(wú)須外接外存儲(chǔ)器和 373，更能體現(xiàn) ―單片 ‖的簡(jiǎn)練。 而 8031 片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器 ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為 EPROM 的 2764 系列。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。若這個(gè)誤差可以忽略 不計(jì) ， 則可省略 8R 和 9R ， 否則 ， 可通過(guò)調(diào)節(jié) 9R 來(lái)校正位置偏差 : ?? MR ?? MR 19 (可調(diào)電阻 ) （ ） 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 單片機(jī) 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)用，因它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的， 這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器都帶有這些功能。假設(shè) θ 的最大變化速率為 ω， 此時(shí)希望模擬轉(zhuǎn)速輸 出為 U (不得超過(guò) 8V) ， 選取的是 n位分辨率 ， 6R 可按如下公式選取 : 8500102 66 ???? nUR? （ ） ω 在不同的分辨率下有不同的極限值 ， 如表 所示。 若省去了高頻濾波器 : 1004 DCER ? （ ） 否則： 10034 ?? DCER （ ） DCE 取值如表 所示。為 防止轉(zhuǎn)換器 ―閃爍 ‖， 芯片內(nèi)部從 VCO 引出反饋信號(hào)給積分器。因此 : 264 21 BWfRC ?? 45 5 CC ?? （ ） 55 24 CfRBW ?? ? 若無(wú)調(diào)節(jié)措施 ， 當(dāng) θ 的變化小于一個(gè) LSB 時(shí) ， 為使交流誤差和直流誤差為零 ， 可逆計(jì)數(shù)器將會(huì)不停的加 減 1 計(jì)數(shù)。高于閉環(huán)帶寬的高頻信號(hào)被衰減。 積分器 直流誤差經(jīng) 4R 進(jìn)入積分器 ， 積分器積分后即得到轉(zhuǎn)速模擬量信號(hào)。 2R 減小 10 %可使正余弦信號(hào)超前 2 度 。 為了保證參考信號(hào)經(jīng) 3R 、 3C 后不發(fā)生相移 ,應(yīng)選取合適的 3R 、 3C 參數(shù) : 3R = 100 kΩ REFfRC ?? 331 () 若此時(shí)正余弦信號(hào)和參考信號(hào)間有相移 ， 可通過(guò)小范圍調(diào)節(jié) 2R 使之同相。只有當(dāng) θ 以一定加速度變化時(shí) ， 才會(huì)由于 ψ不能跟蹤上 θ 而產(chǎn)生誤差信號(hào)。在正余弦信號(hào)與參考信號(hào)同相位的情況下 ， 相敏檢波器可根據(jù)參考信號(hào)檢測(cè)出交流誤差信號(hào)。 相敏檢波器 相敏檢波器可從交流誤差信號(hào)中檢出直流誤差信號(hào) (即 DEMODO/P ) 。 若系統(tǒng)的高頻干擾很小 ， 也可省去高頻濾波器 ， 直接將 ACERRORO/P 與DEMODI/P 相連。高頻濾波器的參數(shù)如下 : ????? KRRK 5615 21 REFfRCC 121 21??? () 式中 : REFf 為參考頻率。 AD2S83 芯片及其外圍參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 AD2S83 及其外圍電路圖 圖 AD2S83 及其外圍電路圖 比例乘法器 比例乘法器主要用來(lái)產(chǎn)生交流誤差信號(hào) ,由象限選擇開關(guān)、 R2R DAC 和放大器組成 。 旋轉(zhuǎn)變壓器的參數(shù)計(jì)算 當(dāng)定子側(cè)加正弦電壓勵(lì)磁時(shí) ,輸出繞組電壓分別為 : tKVV m ?? s ins in)21()43( ?? ? （ ） tKVV m ?? s inc o s)21()65( ?? ? （ ） 式中 : K 為 放大倍數(shù)； )21()21( ?? ?VV 為 峰值； ? 為 定子軸與轉(zhuǎn)子軸之間的角度。 AD2S83 將正、余弦波轉(zhuǎn)換后得到位置信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)，提供給單片機(jī) [24]。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)作為旋變的激勵(lì)和 AD2S83 的參考信號(hào)輸入。 DATA LOAD 引腳是加載數(shù)據(jù)的控制端，當(dāng)邏輯低時(shí)， 16 位可逆計(jì)數(shù)器 DB1－ DB16 輸人數(shù)據(jù)，邏輯高時(shí)， DB1－DB16 輸出數(shù)據(jù)。在 +5V 引腳和數(shù)字地（ DIGITAL GROUND）之間也應(yīng)連接去耦電容，該去耦電容同樣由 的陶瓷電容和 10uF 的鉭電容并聯(lián)組成。 AD2S83 芯片管腳功能 表 表 AD2S83 芯片管腳功能表 編號(hào) 管腳 助記符描述 1 DEMOD O/P 解調(diào)輸出 2 REFERENCE I/P 參考信號(hào)輸入 3 AC ERROR O/P 比率乘法器輸出 4 COS 余弦輸入 5 ANALOG GND 電源接地 6 SIGNAL GND 分解信號(hào)接地 7 SIN 正弦輸入 8 +VS 正電源 1025 DB1–DB16 并行輸出數(shù)據(jù) 26 +VL 邏輯電源 27 ENABLE 邏輯高 輸出數(shù)據(jù)引腳在高阻態(tài) 邏輯低 數(shù)據(jù)可以輸出到引腳 28 BYTE SELECT 邏輯高 最高有效位輸出到 DB1 DB8 邏輯低 最 低有效位輸出到 DB1 DB8 30 INHIBIT 邏輯低時(shí)抑制數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵鲦i存 31 DIGITAL GND 數(shù)字地面 續(xù) 表 AD2S83 芯片管腳功能表 編號(hào) 管腳 助記符描述 32， 33 SC2–SC1 選擇轉(zhuǎn)換器分辨率 34 DATA LOAD 邏輯低 —DB1DB16 輸入 邏輯高 DB1DB16 輸出 35 COMPLEMENT 邏輯低，補(bǔ)碼輸出 36 BUSY 忙輸出，數(shù)據(jù)無(wú)效當(dāng) busy 為高電平時(shí) 37 DIRECTION 邏輯狀態(tài)定義的輸入信號(hào)方 向旋轉(zhuǎn) 38 RIPPLE CLOCK 正脈沖當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸出從 1 變化為 0 ，反之亦然 39 –VS 負(fù)電源 40 VCO I/P 振蕩器輸入 41 VCO O/P VCO 的輸出 42 INTEGRATOR O/P 集成輸出 43 INTEGRATOR I/P 集成輸入 44 DEMOD I/P 解調(diào)器輸入 AD2S83 時(shí)序圖 圖 AD2S83 時(shí)序圖 表 時(shí)序圖 表 參數(shù)（ ns） 最小時(shí)間 最大時(shí)間 狀態(tài) t1 150 350 忙寬度 VH–VH t2 10 25 脈動(dòng)時(shí)鐘信號(hào) VH 到忙信號(hào) VH t3 470 580 脈動(dòng)時(shí)鐘信號(hào) VL 到下一個(gè)忙信號(hào) VH t4 16 45 忙信號(hào) VH 到數(shù)字信號(hào) VH 5 3 25 忙信號(hào) VH 到數(shù)字信號(hào) VL t6 70 140 抑制輸出信號(hào) VH 到忙信號(hào) t7 485 625 最小方向信號(hào) VH 到忙信號(hào) t8 515 670 最小方向信號(hào) VH 到忙信號(hào) VH t9 – 490 抑制輸出信號(hào) VL 到數(shù)據(jù)穩(wěn)定 t10 40 110 使能端信號(hào) VL 到數(shù)據(jù)信號(hào) VH t11 35 110 使能端信號(hào) VL 到數(shù)據(jù)信號(hào) VL t12 60 140 字節(jié)選擇信號(hào) VL 到數(shù)據(jù)穩(wěn)定 t13 60 125 字節(jié)選擇信號(hào) VH 到數(shù)據(jù)穩(wěn)定 AD2S83 輸出分辨率的選擇 因?yàn)?本次設(shè)計(jì)的最大指標(biāo)是跟蹤 6000 轉(zhuǎn)每分鐘的旋轉(zhuǎn)速度，所以每秒是 100 轉(zhuǎn)每分鐘。這里用可逆計(jì)數(shù)器對(duì)該脈沖進(jìn)行脈沖累計(jì)，當(dāng)誤差信號(hào)大于零，即δ 0，計(jì)數(shù)器累加；當(dāng)誤差信號(hào)小于零，即δ 0，計(jì)數(shù)器遞減，以此改變計(jì)數(shù)器的頻率和計(jì)數(shù)方向。 AD2S83 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 AD2S83 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AD2S83 工作原理 設(shè)當(dāng)前 AD2S83 計(jì)數(shù)器的數(shù)字角為Φ角，經(jīng)過(guò) DAC 數(shù)字正余弦乘法器后，可以得到角位移信號(hào)的調(diào)制輸出 c o s / s in c o sc o s / c o s s inSCCSU K VU K V ? ? ?? ? ??? （ ） 可以得到θ與Φ的誤差信號(hào) c os / si n c os c os / c os si n c os / si n( )K V K V K V? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?（ ） 可知：誤差信號(hào)δ經(jīng)放大器 A3放大，并通過(guò) 高頻濾波器 過(guò)濾掉混進(jìn)誤差信號(hào)中的高頻噪聲，才能到達(dá)相敏檢波 器。 AD2S83 外圍電路參數(shù)對(duì)芯片正常工作及運(yùn)行性能起著至關(guān)重要的作用。 由于 AD2S83 能夠提供 10 位、 12 位、 14 位和 16 位四種分辨率 ， 可以由用戶靈活配置；采用比率跟蹤轉(zhuǎn)換方式 ， 使之具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的轉(zhuǎn)換精度；可以通過(guò)外圍阻容元件的選擇改變 AD2S83 的動(dòng)態(tài)性能；具有很高的跟蹤速率 ， 10位連接方式時(shí)最大跟蹤速率可達(dá) 1040rps， 且采用三態(tài)輸出引腳輸出并行的二進(jìn)制碼 ， 易于與單片機(jī)等控制芯片接口。另外，它抑制噪聲、諧波的能力很強(qiáng)。由于它在把旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制時(shí)，采用比率式跟蹤方法，輸出的數(shù)字角僅與 SIN和 COS 輸人信號(hào)的比值有關(guān)，而與它們的絕對(duì)值大小無(wú)關(guān)，因此， AD2S83 對(duì)輸人信號(hào)的幅值和頻率變化不敏感，不必使用穩(wěn)定、精確的振蕩器來(lái)產(chǎn)生參考信號(hào)，而仍能保證精確度。它功耗低 (300mW)，其數(shù)字輸出分辨率可被用戶設(shè)置成 1 14 或 16 位，并具有速度輸出信號(hào)可供用戶作為速度回路的速度反饋信號(hào)使用，以取代測(cè)速發(fā)電機(jī)等測(cè)速元件，從而縮小了系統(tǒng)的體積 [15]。 AD2S80 系列包括 AD2S80A、 AD2S81A、 AD2S82A、 AD2S83等產(chǎn)品 [13]。 AD2S80 系列模數(shù)轉(zhuǎn)換器與其它模數(shù)轉(zhuǎn)換器（例如： ADC0809）不同，它是專門為測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度而生產(chǎn)的， RDC 是一種特殊 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，它采用比值跟蹤的轉(zhuǎn)換方式，專門用于將分解器的角位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字 信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字運(yùn)算。 自 2S80 系列芯片問世以來(lái)， SDC1742/1740 或 RDC1742/1740 內(nèi)部主要為 2S80A 芯片和微型變壓器，并將一些輔助元器件封裝 在同一個(gè)管殼里 ，所以在使用時(shí)不需外接任何元器件，比較方便 [11]。同步器的 S1， S2和 S3 端連接 SDC 的 S S2 和 S3 輸入端，然后 再 用一個(gè)微型 Scott 變壓器將同步器的三相格式信號(hào)變換為旋轉(zhuǎn)變壓器的格式 (SIN 和 COS 二個(gè)單相信號(hào) )，其后面的電路形式兩者完全相同。所以正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器是我們本次設(shè)計(jì)最合適的選擇。 線性旋轉(zhuǎn)變壓器和特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器工作范圍是在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，而本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)角沒有限制，所以不選用。 （ 4）特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器 它在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈某一給定 函數(shù)關(guān)系（如正割、倒數(shù)函數(shù)、彈道函數(shù)、圓函數(shù)及對(duì)數(shù)函數(shù)等）的一種旋轉(zhuǎn)變壓器。 （ 3）比例式旋轉(zhuǎn)變壓器 它除了在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)帶有調(diào)整和鎖緊轉(zhuǎn)子位置的裝置外，其他都與正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器相同。因此旋轉(zhuǎn)變壓器可以看成定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間的電磁耦合程度隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化而變化的變壓器。 （ 1）正余弦旋轉(zhuǎn)變