基于ATmega16的數(shù)字旋轉變壓器設計

摘要：為了對旋轉變壓器(簡稱旋變)的信號進行仿真，通過使用AVR單片機ATmega16和AD5293實現(xiàn)一種電阻式數(shù)字旋變的電路設計。利用SPI總線對AD5293進行通信及設置。數(shù)字旋變模擬輸出旋轉變壓器產生的正弦信號和余弦信號，可替代真實的旋轉變壓器，達到測試解碼解算電路的目的。經試驗驗證，該設計適用于旋轉變壓器的仿真。
關鍵詞：數(shù)字旋轉變壓器；SPI總線；AD5293；ATmega16

0 引言
在工業(yè)自動化領域中，經常要對被控對象的角位移進行測量并加以控制。這些領域中使用的傳感器件主要是旋轉變壓器(簡稱旋變)。在自動化測試中，對旋變解碼器的測試往往需要用到復雜而昂貴的測試設備。這些設備往往體積大，成本高。設計了一種以ATmega16為核心的數(shù)字旋變，既能滿足旋變解碼器測試的需要，又具備體積小，成本低的優(yōu)點。實現(xiàn)對旋轉變壓器的仿真。

1 旋轉變壓器工作原理
旋轉變壓器也是一種變壓器。和普通變壓器不同，旋變的原邊與副邊的比例不是固定的，因此輸出的電壓比也不是常數(shù)。旋變是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。當勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正余弦函數(shù)關系，或保持某一比例關系，或在一定轉角范圍內與轉角成線性關系。旋轉變壓器的電氣示意圖如圖1所示。

旋變的輸入輸出電壓之間的有一定的函數(shù)關系。設旋變的激勵頻率為fsourse，激勵的幅度為E。則激勵信號電壓隨時間變化可以表示為：

通過檢測這兩組輸出信號，解碼器可以計算出旋變的位置信息。

2 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)主要由電源、單片機控制電路、數(shù)字可變電阻、調理電路、通信電路和反相電路構成。數(shù)字旋變原理如圖2所示。當數(shù)字可變電阻在0～20 kΩ之間變化時，經過反相電路和調理電路，數(shù)字旋變輸出與激勵頻率相同的正弦信號和余弦信號，進而把產生的信號提供給旋變解算單元。

當通信電路收到上位機數(shù)據(jù)時，單片機通過解析上位機的數(shù)據(jù)，分別設定兩組數(shù)字可變電阻。激勵信號經過數(shù)字可變電阻的分壓后，得到了初步的處理，幅值產生了變化。單片機ATmega16通過判斷要設定的角度是在哪個象限，決定是否對正弦信號或余弦信號進行反相。最后經過信號調理電路輸出到解算系統(tǒng)。調理電路用于提高數(shù)字旋變的輸出阻抗。