基于旋转变压器的位置控制系统硬件设计(4)
旋转变压器是一种模拟机电元件，其输出值是包含着位置信息的模拟信号，无法直接用于基于单片机的数字伺服系统中，故需要设计接口电路实现模拟信号到数字信号的转换。旋转变压器—数字转换器（RDC）作为传感器与数字处理系统的接口，能够根据旋转变压器输出模拟位置信号的频率和转速，提供高精度的数字角度信号，并能够提供精确的数字或模拟转速信号。在伺服系统中，采用美国AD公司的RDC转换芯片AD2S80A实现了位置信号实时检测的数字化，转换结果稳定、准确。
3 基于旋转变压器的位置控制系统硬件实现
3．1 Protel简介
本次设计的所有电路图依靠Protel99SE软件来完成。Protel是Protel公司在80年代末推出的EDA软件，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高。
早期的Protel主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，而现今的Protel，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等[5]。
3．2 系统总体方案
在整体方案设计中，首先采用的是由ILC8038芯片组成的基准信号生成电路。产生的有效值为5V，频率为400Hz的正弦波信号分别接入到旋转变压器定子端和AD2S80A参考信号输入端。
AD2S80A作为专用的旋转变压器—数字转换器（RDC）传感器，能够根据旋转变压器输出模拟位置信号的频率和转速，提供高精度的数字角度信号，并能够提供精确的数字或模拟转速信号。数字角度信号直接由单片机读取，经过计算后再由显示电路显示，本次设计方案中使用的是LCD1602显示屏。
由AD2S80A产生的模拟转速信号和位置伺服系统中电机的温度、电流模拟信号通过一块ADG1204多路复用器选用其中的一路传递至8位串行A/D转换器芯片TLC549，转换后的数字信号再由单片机读取并最后在显示屏中显示。
图3.1 总体方案方框图
3.3.1 单片机功能简介
在基于旋转变压器的位置伺服系统硬件电路设计中采用了51系列单片机中的87C51作为处理器芯片。51系列单片机是指Intel的MCS-51系列以及和其具有兼容内核的单片机。MCS-51系列单片机是最早、最基本的单片机，功能也最简单。Intel公司生产的MCS-51系列单片机包括8031、8051、8032、8052、8吹冰、8752等[7]。在本次设计中采用的87C51单片机，与同系列的80C51和80C31相比，其主要区别在于存储器配置不同，并不影响总体方案设计。
1）MCS51单片机特点：
一个8位的中央处理器CPU。
一个片内振荡器和时序电路。
4KB的程序存储器。（ROM或EPROM）
12KB的数据存储器。
两个16位的定时/计数器。
一个可编程全双工串行口。
4个8位的可编程并行P/O口。
可以寻址64KB的程序存储器和64KB的外部数据存储器。
5个中断源，两个终端优先级的中断结构
51单片机外部引脚如图3.2所示
图3.2 单片机外部引脚图
2）单片机引脚功能简介
a）主电源引脚：供电
VCC(40脚)：接+5 V电源正端。
VSS(20脚)：接+5 V电源地端。
b）外接晶体引脚：提供时钟
XTAL1(19脚)： XTAL2(18脚)：
外接晶体振荡器，不能超过24M；需加微调电容，一般为30pF。