数字式航向角指示器的设计

《现代电子技术》2005 年第 13 期总第 204 期
测试・测量・自动化
数字式航向角指示器的设计
赵 波, 高 飞, 王公浩
( 海军航空工程学院 青岛分院 山东 青岛 266041)
摘 要: 在各种导航系统、飞行器姿态控制、雷达天线跟踪等角位置检测系统中, 常用自整角机 ( synch ro ) 、旋转变压 器 ( reso lver) 完成角位移的检测、传输、接收和变换等工作, 为了实现自整角机和旋转变压器信号与计算机的接口, 国内 外已研制开发了自整角机 旋转变压器- 数字转换模块。 本文利用 ZSZ XSZ 系列自整角 旋转变压器- 数字转换模块和单 片机设计制作了数字式航向角指示器, 介绍了指示器的硬件电路及软件设计方法, 设计制作的航向角指示器简单实用、工 作稳定。 关键词: 自整角机; 旋转变压器; 航向角指示器; 数字转换模块 中图分类号: T P 216 文献标识码: B 文章编号: 1004 373X ( 2005) 13 067 03
2122 k 8 , 按规定要求 R 1 , R 2 为同型号精密电阻, 功率不小
= K E 0 sin Ξt sin Η co s Υ) = K E 0 sin Ξt sin ( Η- Υ
K E 0 sin Ξtco s Η sin Υ
) = K E 0 sin Ξt ( sin Η co s Υ- co s Η sin Υ
V 1 = K E 0 sin Ξt sin Η V 2 = K E 0 sin Ξtco s Η
11113 型号选择
ZSZ XSZ 系列转换器型号命名方法如图 2 所示。
其中: Η为旋转变压器轴角。 如果转换器是 ZSZ 系列旋转变压器- 数字转换器, 则 旋转变压器 4 线输出应连接到转换器的 S1, S2, S3, S4 引 脚端, 此时斯科特变压器只起降压和隔离作用。 假设可逆计数器当前字状态为 Υ , 高速数字式正余弦 乘法器将 V 1 乘以 co s Υ , V 2 乘以 sin Υ , 得到:
( 3) 速度电压输出端 V EL
脚, 32 个外部双向输入 输出 ( I O ) 端口, 同时内含 2 个 外中断口, 2 个 16 位可编程定时计数器, 2 个全双工串行 通信口, 片内含 4 kB 的可反复擦写的只读程序存储器 (PEROM ) 和 128 B 的随机存取数据存储器 (RAM ) , 兼 容标准M CS 51 指令系统, A T 89C51 将通用的微处理器 和可反复擦写的 FLA SH 存储器结合在一起可有效地降 低开发成本。 A T 89C51 可以按照常规方法进行编程, 也可 以在线编程。
A T 89C51 单片机由美国 A TM EL 公司生产, 40 个引
包括+ 5 V , + 15 V , - 15 V 和 GND ( 地) 4 个引脚。 直流电源允许波动范围为±10% , 不允许超过此范围加 电, 更不允许电源加反的情况出现。
( 2) 输入模拟信号引脚
转换器的 S1, S2, S3 引脚接自整角机的 3 线输出端, 或者转换器的 S1, S2, S3, S4 引脚接旋转变压器 4 线输出 端, RH 和 RL 接参考信号。
A bs tra c t: In va riou s cap e po sition exam ina tion system , fo r exam p le, naviga tion system , flew ca rriage con tro l, rada r an tenna fo l2
终使转换器处于动态平衡。若 IN T 持续时间小于忙脉冲间 68
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反相器 54L S06 的输出端对应连接, 当要显示信息时, 由
P0 口的低 4 位输出 BCD 码后经过 54L S48 驱动译码器输
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熄灭, 这样采用了轮流点亮各个L ED , 在每一位停留 5 m s 左右, 利用人的视觉暂留效应, 好像 4 支 L ED 是同时点亮 的, 这种方法由于各个 L ED 数码管共用一个段码输出口 分时轮流通电, 大大简化了硬件电路。
Ke yw o rds : synch ro; reso lver; cou rse ang le ind ica to r; d ig ita l converter
d ig ita l converto r and sing le ch ip to
design d ig ita l cou rse ang le ind ica to r, in troduces the ind ica to r′ s ha rdw a re electric circu it and softw a re design m ethod 1T he ind ica to r is
( 5) 禁止信号输入端 IN T
代表旋转变压器轴角信号的并行自然二进制码送到单片 机的 P1, P2 口, 经过运算程序将并行自然二进制码转换
BCD 码送到显示电路。
该信号的加入, 使输出数据稳定在 IN T 加入的时刻, 同时 IN T 将切断转换器内部跟踪环路, 使转换器处于非跟 踪状态。 而当该信号撤消后, 转换器将要花一定的一
) 趋近于零, 当这一过程完成时, 可 个闭环回路使 sin ( Η- Υ ) 在转换器的额定精度范围内, 等于 逆计数器的字状态 ( Υ
旋转变压器的轴角 Η 。 11112 引脚功能
( 1) 直流供电引脚
于 011 W , 相对误差不大于 011% , 绝对误差不大于 2% 。 若 使用电阻 R H 其误差范围应小于 10% 。 112 译码转换与显示电路 译码转换与显示电路采用 89C51 单片机, 54L S48BCD 码至 7 段驱动译码器和数码管电路组成, 如图 3 所示。
在各种导航系统、飞行器姿态控制、雷达天线跟踪等 角位置检测系统中, 常用自整角机 ( synch ro ) 、旋转变压 器 ( reso lver ) 完成角位移的检测、传输、接收和变换等工 作, 现在的自整角机和旋转变压器已经能够满足较高的准 确度要求, 并能在很宽的温度、湿度、振动和冲击环境条 件下正常工作, 随着计算机技术的发展, 机载仪表系统也 由过去的机械仪表向电子仪表 ( EF IS) 发展, 为了实现自 整角机和旋转变压器信号与计算机接口, 国外研制开发了
( 小于 179° 阶跃响应时间) 来重新跟踪输入信号的变化, 最
显示电路用 L ED 数码管组成, L ED 数码管显示器具 有亮度高、全天候的特点, 在仪器设计中应用广泛, 本电 路采用动态显示, 动态显示实际上是一种动态扫描显示过 程, P0 口输出 BCD 码和片选信号, 经 54L S48 驱动译码器 和六反相器 54L S06 加到数码管电路, 4 个数码管的段选 信号与 54L S48 译码器相连, 而 4 个数码管的共阴端与六
10 位 ZSZ 旋转变压器- 数字转换模块输出的 10 位
该端的输出信号是一个与输入轴角角速度成比例的直 流模拟信号, V EL 的极性与输入轴角的转向有关 ( 数码增大 时为负, 减小时为正) , 幅值与输入轴角角速度成正比。
( 4) “忙”信号输出端 BU SY
当输入模拟信号变化一个转换器最低有效位对应的 小角度时, 该端就输出一个约 215 Λs 宽的正脉冲, 当 BU SY 为高电平时, 表示转换器内部正处于跟踪转换状 态, 此时数据输出不稳定; 当 BU SY 为低电平时, 表示转 换器内部已转换结束, 此时数据输出稳定有效, 可以读取。
SDC RDC1700 系列自整角 旋转变压器- 数字转换模块,
111 自整角 旋转变压器- 数字转换电路 自整角 旋转变压器- 数字转换电路直接采用中国船 舶重工集团公司第七一六研究所研制开发的 ZSZ XSZ 系 列自整角机 旋转变压器- 数字转换模块。 11111 模块工作原理
ZSZ XSZ 系列转换器是一种采用跟踪技术和模块化
D es ign of D ig ita l Course Angle Ind ica tor
ZHAO Bo, GAO Fei,W AN G Gonghao
(Q ingdao B ranch, N avy A viation Engineering In stitu te, Q ingdao, 266041, Ch ina)
low , w e a lw ays u se synch ro and reso lver to rea lize the ta sk of exam ina tion 1deliver receiver and tran sfo rm a tion of the cap e m oves1 In o rder to ach ieve the in terface betw een synch ro reso lrer and com p u ter, dom estic and in terna tiona l have develop ed synch ro reso lver d ig ita l converto r1T h is p ap er in troduces how to m ake u se of the ZSZ XSZ series synch ro reso lver si m p le u tility and stab ility1
结构的自整角 旋转变压器- 数字转换器, 采用二阶伺服 回路, 输出与 T TL 电平兼容的并行自然二进制码, 具体电 路由斯科特 ( sco t t ) 变压器、 高速数字式正余弦乘法器、 误 差放大器、 相敏解调器、 压控振荡器、 可逆计数器组成, 如 图 1 所示。
与之相适应国内也开发了 ZSZ XSZ 系列自整角机 旋转 变压器- 数字转换模块。 本文介绍了利用 ZSZ XSZ 系列 自整角 旋转变压器- 数字转换模块和单片机设计制作的 数字式航向角指示器, 介绍了硬件电路的组成及软件设计 方法, 整个系统简单实用、 工作稳定。 1 硬件电路 硬件电路包括自整角 旋转变压器- 数字转换电路和 单片机组成的数码转换与显示电路。