張安青

(國營第785 廠，山西 太原 030024)

軸角編碼式模擬/數字轉換器是一種復雜的電子裝置或機電裝置。模數(A/D)轉換器就是將模擬輸入量相對于模擬參考量，轉換成數字量的輸出［1］。

1 軸角編碼器的功能

用于將火控雷達輸出的現在點和未來點坐標角度值的模擬量(Bq φ)轉換成對應的數據值，以便于數據處理器進行各種處理。設計包括:電阻分壓網絡、模擬轉換開關、比例放大器、A/D 轉換器、數據鎖存器、控制電路等。如下圖所示。

圖1 軸角編碼器功能框圖

2 數字同步機轉換

數字同步機轉換由計算機輸出的二進制數代表要轉換的角度，送到數字同步機內，變?yōu)槎€輸出量，一個是角度的正弦，另一個是角度的余弦，二者都是調幅交流信號。數字步進機輸出的正、余弦值送到分解器D 的定子繞組，而分解器D 的轉子繞組輸出交流誤差電壓。誤差電壓經過解調器，把交流誤差信號變?yōu)橹绷髡`差信號，再經放大器后驅動電機M 轉動，M 帶動分解器轉子旋轉，直至誤差信號為零，此時M 所帶動的輸出部件上的轉角，就是所需要的模擬量［2］。

2.1 分解器的工作原理

分解器實質上就是正、余弦旋轉變壓器，從數字同步機來的正、余弦電壓分別加到分解器的二個定子繞組，正、余弦電壓在二互相垂直的定子繞組里產生電流，形成磁場，它們的合成磁場的方向形成交變的合成磁場切割轉子線圈，在轉子線圈內產生相應的誤差電壓，誤差電壓經解調放大后驅動電機M，M 帶動分解器D 的轉子轉動，使轉子線圈的方向與合成磁場的方向一致，這時線圈不再切割磁場，感應誤差電壓等于零。

2.2 數字同步機的工作原理

數字同步機的任務是把數字量轉換為正、余弦電壓量。數字量周期性地送入緩沖寄存器R 中，緩沖器內最高二位數字量作為正、余弦電壓值的象限判別用以判定正、余弦電壓是屬于哪一個象限。除了最高二位之外，緩沖器的其它各位就代表在某一象限內角度的大小。把最高二位數字送入正、余弦象限判別器，把其余各位送入正余弦選通器內，正余弦選通器周期性地輸出正弦量和余弦量到數模網絡，數模網絡輸出正余弦的電壓值到分解器，模擬開關分別由象限判別器控制。以控制輸出電壓的極性。

◆象限判別器

象限判別器的作用是判別數字量的值是在那一個象限內，正弦在一、二象限為正值，在三、四象限為負值。余弦在一、四象弦為正值，二、三象限為負值。因此用最高位是0 或1 來表示正弦的正或負，而用最高二位值來決定余弦的正和負，其邏輯關系表示如下:

◆正、余弦選通器

正弦和余弦互為余數，因此若規(guī)定選用緩沖寄存器觸發(fā)器的“1”端為正弦的輸出，則觸發(fā)器的“0”端就為余弦的輸出，這樣正弦和余弦互為反碼。

但是正、余弦選通器究竟送出正弦還是送出余弦尚取決于角度是處在那一個象限。例如30°、120°、210°、300°是表示在不同象限內四個角度。顯而易見，如果不管這四個角度所處的象限，那么它們都是30°，也就是說，除了最高二位數字位之外，它們的其余各位數字位是相同的［3］。

3 輸入電壓值的采樣及A/D 轉換和角度的換算

實現模擬到數字的轉換，最初遇到的問題是把連續(xù)的模擬量變?yōu)閿嗬m(xù)的數字量的問題，這就是采樣和量化的問題。在任何瞬間，模擬電路的輸出總是與其輸入和電路的傳遞函數的乘積有關。當輸入變化是時間的連續(xù)函數時，輸出必然是時間的連續(xù)函數。但是，在A/D 轉換中就不是這樣，不管A/D 轉換器工作速度有多快，完成一次轉換總要占有一定的時間。另外，A/D 轉換器只有在輸入信號周期內一個很短的時間間隔之內測量輸入信號。通常輸入信號在一個周期內有足夠的時間完成多次的轉換。所以，模數轉換器最初的工作是進行采樣。采樣過程就是把一個連續(xù)時間函數的信號，用一定時間間隔的離散函數來表示。模擬量轉換成數字量，包括時間和幅值兩方面的量化，通過時間和幅值的量化，把信號編成各種數字的代碼。這樣，一個連續(xù)的模擬信號經過時間上、幅值上的量化以及幅值上的編碼，就成為一個斷續(xù)的數字量。采樣過程可以是恒速采樣，即等時間間隔的，也可以是變速采樣。我們研究的是恒速采樣。采樣過程可看作是脈沖調制過程，即連續(xù)信號變換成一系列窄的振幅調制脈沖。也可以把采樣器看作是帶有單位采樣函數產生器的調制器。對于采樣，我們 所關心的和感興趣的問題是:輸入信號在通過采樣器之后，其輸出信號能否完全重現原來的輸入信號，而沒有任何的信號的混淆或失真。

當軸角編碼器把正、余弦電壓換算出來以后，經過模擬開關的輸入通過通道選通輸出后，再經過跟隨器或比例放大后，進行信號采樣保持，最后進入AD574 的轉換。AD574 把模擬信號轉換成為相應的數字信號，然后進入373 鎖存器把數字信號鎖存起來。這樣，就完成了模擬信號到數字信號的轉換工作。當對轉換出來的角度進行計算時，需要通過系統(tǒng)把數據從373 鎖存器讀出來。經過角度的換算公式和象限判別計算出角度值。在判象限時總共分成8 個象限來判別。然后對換算出來的粗精二組角度值進行粗精組合，粗∶精=N∶1。粗滿量程為6 000 密位，精滿量程為300 密位，210=1 024 故在360°里對應的數碼為1 024。顯然相差一個數碼對應的粗密位數6 000 密位/1 024=6 密位。對應的精密位數300 密位/1 024=0.3 密位。粗精組合出的結果就是最終的角度，就是方位角、高低角等。

4 結束語

通過對軸角編碼器的A/D 轉換，使我不但學到了硬件方面的知識，而且也學到了軟件方面的知識。對ISA 總線的使用有了更深的理解和掌握。對火控計算機的系統(tǒng)有了更進一步的了解。對系統(tǒng)的調試和問題解決也有了一定的經驗知識。通過理論與實踐的相結合，使我對知識更進一步的加深了。

［1］朱申培.航空火力控制原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

［2］孫世宇，段修生，王立東，等.自行高炮火控系統(tǒng)原理［M］.石家莊：軍械工程學院出版社，1998.

［3］張立群.火力控制系統(tǒng)的研究［D］.南京：南京航空學院，1999.