基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统

文章摘要：由于粗轴的后几位肯定不如放大32倍之后的精轴的数字准确，所以粗精数字角组合的原则是，粗精轴都输出12位数字角，但粗轴只取高5位(P1～P5)，而精轴取全12位(Q1～Q12)。由于旋转变压器在转动时，粗码盘和精码盘之间存在各种各样的误差，粗精通道对应位可能不同是变化。即存在粗通道数据变化后，精通道对应位的数据还没有变化，同样也存在精通道数据变化，而粗通道对应位的数据还没有变化，因此还要对解码后的数据进行误差补偿。通过表1可以看出，粗通道和精通道对应的位只有P6和Q1，它们都代表5°37’30"。当P6和Q1变化不同步时，就要进行误差补偿。采用VHDL语言编写误差补偿模块，在FPGA中

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　　由于粗轴的后几位肯定不如放大32倍之后的精轴的数字准确，所以粗精数字角组合的原则是，粗精轴都输出12位数字角，但粗轴只取高5位(P1～P5)，而精轴取全12位(Q1～Q12)。

　　由于旋转变压器在转动时，粗码盘和精码盘之间存在各种各样的误差，粗精通道对应位可能不同是变化。即存在粗通道数据变化后，精通道对应位的数据还没有变化，同样也存在精通道数据变化，而粗通道对应位的数据还没有变化，因此还要对解码后的数据进行误差补偿。

　　通过表1可以看出，粗通道和精通道对应的位只有P6和Q1，它们都代表5°37’30"。当P6和Q1变化不同步时，就要进行误差补偿。采用VHDL语言编写误差补偿模块，在FPGA中实现误差补偿，其程序流程图如图3所示。

　　2．4 角度值转换模块

　　误差补偿后的角度值，是以二进制显示的角度，即如表1所示的R1～R17，不同的位代表的角度值不同。为了方便显示和后续电路运算，还要对二进制角度值进行转换，将其转换为以度分秒显示的角度值。直接按各个位的权重进行转换，涉及到多次乘法和除法运算，影响整个电路的速度。通过查表可以避开免乘法和除法运算，但是直接查表需要很大的ROM空间，这里采用分段查表法，把误差补偿后的数据分成整度数的位R1～R3和带分秒的位R4～R17，其中R4～R17按度分秒分别进行查表，再将查到的整度数和R1～R3查到的整度数做加法运算。这样可以将ROM空间减小到原来的大约1／8。

　　3 仿真验证

　　现将误差补偿、数据组合、角度转换3个模块进行仿真。仿真是基于Altera公司的EP2C35F484C6型FGPA，仿真中建立了3种情况的测试平台，仿真结果如图4所示。

　　仿真的时钟周期为10 nS，dbl～dbl8为FPGA的输入信号，其中dbl为最高位。db的高6位dbl～db6为AD2S82A的输出(P1～P6)，db的其他位db7～dbl8为AD2S80A的输出(Ql～Q12)，db_outl～db_out17为误差补偿后的数据，再用db_outl～db_outl7去分段查表。图4中deg为度数输出，min为分数输出，sec为秒数输出。

　　从仿真结果可以看出，当db6(P5)和db7(Q1)不同时，就要进行误差补偿。误差补偿后的数据再通过分段查表，就可以得到正确的以度分秒显示的角度值。

　　4 结语

　　提出并建立了一种基于FPGA的双通道旋转变压器测角系统。该方案的主要特点是充分利用了FPGA丰富的硬件资源，将复杂的数学运算和控制运算用硬件来实现，大大提高了转换的速率和整个系统的稳定性。该方案也可以轻松地移植到更多极对数的旋转变压器或感应同步器上，可进一步提高转换的精度。

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