专利名称：一种用于双通道旋转变压器的解码器及其解码方法
技术领域：
本发明涉及一种解码器，尤其涉及一种用于双通道旋转变压器的解码器及其解码方法。
背景技术：
旋转变压器是一种电磁感应式传感器，用于伺服控制领域的物体的位置、角度、速度的测量。双通道旋转变压器包含粗机和精机两相绕组，通常用于高精度的检测系统，例如用于船舶、兵器、水利、电力等领域内的检测系统。将双通道旋转变压器的物理信号转换为可读的检测信息则需要进行解码，目前，双通道旋转变压器的解码技术主要有软件解码和硬件解码两种方式。但是软件解码方法和硬件解码方法都存在一定的问题。软件解码方法主要有调用反正切函数法和查表法，这类方法需要大量的硬件资源存储角度以及与角度对应的正切函数值等数据，解码速度慢，浪费硬件资源。硬件解码方法主要有坐标旋转数字计算方法(C0RDIC)，该方法使用超高速集成电路硬件描述语言(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language, VHDL)进行描述，利用现场可编程门阵列(FPGA)的硬件资源实现反正切操作。硬件解码方法解码速度快，但是算法复杂难懂，难以掌握，使得解码器的设计和使用比较困难。并且现有技术的双通道旋转变压器软件解码方法和硬件解码方法都是针对地面测试设备和系统设计的，无法适应失重、高辐射、低气压、热真空等恶劣环境条件，如空间微波雷达的使用环境的需求。
发明内容
本发明提供了一种用于双通道旋转变压器的解码器及其解码方法，软件与硬件结合，能够直接解算出双通道旋转变压器的角度信息，解码速度快，精度高，并且能够适应苛刻的环境条件，可靠性高。本发明采用以下技术方案实现
一种用于双通道旋转变压器的解码器，其特点是，包含激磁源、模数转换器、乘法器、差分器、相敏解调器、积分器、控制电路、运算电路；
所述的激磁源分别与双通道旋转变压器和相敏解调器连接，为双通道旋转变压器提供电源，并为相敏解码器提供解调信号；
所述的模数转换器的输入端与双通道旋转变压器的输出端连接；
所述的模数转换器、乘法器、差分器、相敏解调器、积分器依次连接，单向传输数据；所述的控制电路分别与积分器、运算电路连接，接收积分器输出的数据，并与运算电路双向传输数据；
所述的运算电路与乘法器连接，双向传输数据。上述的用于双通道旋转变压器的解码器，其特点是，所述的控制电路还包含压控振荡器、逻辑门电路、单稳态电路、加减计数器；所述的压控振荡器分别与积分器和逻辑门电路连接；所述的逻辑门电路分别与单稳态电路、加减计数器连接，并与外部电路连接输入禁止信号；所述的单稳态电路与运算电路连接，向运算电路输出状态判定信号。上述的用于双通道旋转变压器的解码器，其特点是，所述的运算电路还包含存储器、粗码十六位加减计数器、精码十六位加减计数器、处理器；所述的存储器分别与乘法器、控制电路中的单稳态电路、粗码十六位加减计数器、精码十六位加减计数器连接；所述的粗码十六位加减计数器分别与控制电路中的加减计数器、精码十六位加减计数器、处理器连接；所述的精码十六位加减计数器与处理器连接；所述的处理器与控制电路中的单稳态电路连接接收状态判定信号，并与外部电路连接分别输入禁止信号和时钟信号。—种用于双通道旋转变压器的解码方法，用于上述的用于双通道旋转变压器的解码器，其特点是，所述解码方法包含以下步骤
步骤1，双通道旋转变压器输出周期性的角度的交流模拟信号，经模数转换器转换为交流数字信号后，经过乘法器、差分器、相敏解调器产生一个直流模拟信号，并在积分器中进行积分；
步骤2，积分器的输出信号与外部的禁止信号共同通过逻辑门电路驱动单稳态电路向存储器和处理器输出状态判定信号，同时驱动加减计数器调整角度变量Ω的数值；
步骤3，根据状态判定信号的值，存储器读取并储存乘法器的交流数字信号数据，或者将其内部储存的交流数字信号数据向粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器输出，粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器分别产生一组二进制码；
步骤4，粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器输出的二进制码、禁止信号、单稳态电路输出的状态判定信号、外部的时钟信号分别输入处理器后，处理器对输入的二进制码进行运算，计算得到双通道旋转变压器的角度数据。 上述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特点是，所述步骤I还包含
步骤1.1，激磁源为双通道旋转变压器供电，并向相敏解调器提供解调信号；
步骤1. 2，模数转换器将双通道旋转变压器输出的周期性的角度的交流模拟信号转换为交流数字信号；
步骤1. 3，乘法器、差分器依次将交流数字信号与一个可调可变的角度变量ifJ相乘差
分；
步骤1. 4，差分器输出的信号与激磁源提供的解调信号共同输入相敏解调器解调产生一个直流模拟信号；
步骤1. 5，直流模拟信号输入积分器中进行积分。上述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特点是，所述步骤2还包含
步骤2. 1，积分器的输出信号输入控制电路的压控振荡器作为其控制电压，压控振荡器的输出信号与外部电路输入的禁止信号共同驱动逻辑门电路；
步骤2. 2，逻辑门电路的输出信号驱动单稳态电路，使其向存储器和处理器输出状态判定信号；
步骤2. 3，逻辑门电路的输出信号同时驱动加减计数器，使其不断调整角度变量D的数值。上述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特点是，所述步骤3还包含
步骤3. 1，根据状态判定信号的值，如果状态判定信号值为1，乘法器的交流数字信号数据输出到存储器内进行储存，粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器不能读取存储器内的交流数字信号数据；
步骤3. 2，如果状态判定信号值为0，粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器分别读取储存器内的交流数字信号数据，并且粗码十六位加减计数器向精码十六位加减计数器输出数据，粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器分别运算输出一组二进制码。上述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特点是，所述步骤4还包含
步骤4. 1，在外部的时钟信号的驱动下进入第一个时钟周期，将禁止信号初始化为I后，对状态判定信号进行判断，如果状态判定信号为1，则循环等待，如果状态判定信号为O,处理器读取粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器输出的二进制码；
步骤4. 2，根据双通道旋转变压器的精机与粗机绕组的极对数比，对粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器的输出数据进行判定，并调整粗码十六位加减计数器输出的二进制码；
步骤4. 3，将经过调整的粗码十六位加减计数器输出的二进制码与精码十六位加减计数器输出的二进制码进行拼接，生成一组新的二进制码，并向外输出；
步骤4. 4，在外部的时钟信号的驱动下进入下一个时钟周期，循环步骤4.1至步骤4. 3，直至在外部的时钟信号的驱动下结束解码过程。本发明具有以下积极效果
本发明由于采用硬件与软件结合的方式，能够直接解算出双通道旋转变压器的角度信息；本发明由于选用了一系列高可靠性的电路模块，能够适应空间微波雷达空间失重、低气压、高辐射、热真空的恶劣环境条件，环境适应性好；本发明由于软件程序简单，能够在一个时钟周期内完成一次解码运算，解码速度快；本发明由于通过设置在处理器内的软件程序对粗码十六位加减计数器和精码十六位加减计数器产生的数据进行整合，最后输出的是经整合的角度信息，因此本发明的解码结果精度高；本发明由于通过外部的 控制信号INH和状态控制信号BUSY控制存储器的数据存储过程和处理器的数据处理过程，在解码器内的前端部件尚未完成解码运算时，数据只能存储在存储器中而不能进入处理器中进行运算，因此降低了解码过程中的误码概率，解码可靠性高。
图1为本发明一种用于双通道旋转变压器的解码器的硬件连接示意图2为本发明一种用于双通道旋转变压器的解码方法的流程图3为本发明一种用于双通道旋转变压器的解码方法的步骤4的流程图。
具体实施例方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。参阅附图1所示，本发明一种用于双通道旋转变压器的解码器包含激磁源1、模数转换器2、乘法器3、差分器4、相敏解调器5、积分器6、控制电路7、运算电路8。激磁源I分别与双通道旋转变压器10和相敏解调器5连接，为双通道旋转变压器10提供电源，同时向相敏解码器5提供解调信号；模数转换器2的输入端与双通道旋转变压器10的输出端连接；模数转换器2、乘法器3、差分器4、相敏解调器5、积分器6依次连接，单向传输数据；控制电路7分别与积分器6、运算电路8连接，接收积分器6输出的数据，并与运算电路8双向传输数据；运算电路8与乘法器3连接，双向传输数据。 控制电路7包含压控振荡器(VCO) 71、逻辑门电路72、单稳态电路73、加减计数器74。压控振荡器71的输入端与积分器6的输出端连接，其输出端与逻辑门电路72的输入端连接。逻辑门电路72设有多个输入端和多个输出端，其中一个输入端与压控振荡器71连接，其中另一个输入端与外部电路连接输入外部的禁止信号INH，其两个输出端分别与单稳态电路73、加减计数器74连接。单稳态电路73与运算电路8连接，向运算电路8输出状态判定信号BUSY。运算电路8包含存储器81、粗码十六位加减计数器82、精码十六位加减计数器83、处理器84。存储器81、粗码十六位加减计数器82、精码十六位加减计数器83、处理器84均设有多个输入端与多个输出端。存储器81的其中一个输入端B7与单稳态电路73的输出端连接输入状态判定信号BUSY，其中一对输入端BI和输出端B2与乘法器3连接，一对输入端B3和输出端B4分别与粗码十六位加减计数器82的一对输出端C02和输入端COl连接，一对输入端B5和输出端B6分别与精码十六位加减计数器83的一对输出端J02和输入端JOl连接，分别双向传输数据。粗码十六位加减计数器82的其中一组输出端Cl、C2、C3…C16分别与处理器84的多个输入端连接，其中另一个输出端CO同时与精码十六位加减计数器83的输入端JO和加减计数器74的输入端连接。精码十六位加减计数器83的其中一组输出端Jl、J2> J3…J16分别与处理器84的多个输入端连接。处理器84的其中一个输入端Dl与外部电路连接输入外部的禁止信号INH，一个输入端D2与控制电路7的单稳态电路73的输出端连接输入状态判定信号BUSY，一个输入端D3与外部电路连接输入时钟信号，其输出端向外输出运算结果。双通道旋转变压器10含有粗机和精机两相绕组，本实施例中选用粗机精机磁极对数比为1:8的双通道旋转变压器。本实施例中，激磁源I选用ZA015振荡器，处理器84为复杂可编程逻辑器件(CPLD)，选用市售的EPM9560处理器，其余的模数转换器2、乘法器
3、差分器4、相敏解调器5、积分器6、压控振荡器71、逻辑门电路72、单稳态电路73、加减计数器74、存储器81、粗码十六位加减计数器82、精码十六位加减计数器83均为现有技术的电路模块。参阅附图2所示，本发明一种用于双通道旋转变压器的解码方法，用于上述的用于双通道旋转变压器的解码器，该解码方法包含以下步骤
步骤1，双通道旋转变压器10输出周期性的角度的交流模拟信号，经模数转换器2转换为交流数字信号后，经过乘法器3、差分器4、相敏解调器5产生一个直流模拟信号，并在积分器6中进行积分。其具体过程如下
步骤1. 1，激磁源I为双通道旋转变压器10供电，并向相敏解调器5提供解调信号。步骤1. 2，模数转换器2将双通道旋转变压器10输出的周期性的角度的交流模拟信号转换为交流数字信号。在本实施例中，双通道旋转变压器10输出四组正余弦
形式的周期性的关于角度的交流模拟信号
权利要求
1.一种用于双通道旋转变压器的解码器，其特征在于，包含激磁源(I)、模数转换器(2)、乘法器(3)、差分器(4)、相敏解调器(5)、积分器(6)、控制电路(7)、运算电路(8)； 所述的激磁源(I)分别与双通道旋转变压器(10)和相敏解调器(5)连接，为双通道旋转变压器(10)提供电源，并为相敏解码器(5)提供解调信号； 所述的模数转换器(2)的输入端与双通道旋转变压器(10)的输出端连接； 所述的模数转换器(2)、乘法器(3)、差分器(4)、相敏解调器(5)、积分器(6)依次连接，单向传输数据； 所述的控制电路(7)分别与积分器(6)、运算电路(8)连接，接收积分器(6)输出的数据，并与运算电路(8)双向传输数据； 所述的运算电路(8 )与乘法器(3 )连接，双向传输数据。
2.如权利要求1所述的用于双通道旋转变压器的解码器，其特征在于，所述的控制电路(7)还包含压控振荡器(71)、逻辑门电路(72)、单稳态电路(73)、加减计数器(74);所述的压控振荡器(71)分别与积分器(6)和逻辑门电路(72)连接；所述的逻辑门电路(72)分别与单稳态电路(73)、加减计数器(74)连接，并与外部电路连接输入禁止信号；所述的单稳态电路(73)与运算电路(8)连接，向运算电路(8)输出状态判定信号。
3.如权利要求2所述的用于双通道旋转变压器的解码器，其特征在于，所述的运算电路(8)还包含存储器(81)、粗码十六位加减计数器(82)、精码十六位加减计数器(83)、处理器(84);所述的存储器(81)分别与乘法器(3)、控制电路(7)中的单稳态电路(73)、粗码十六位加减计数器(82)、精码十六位加减计数器(83)连接；所述的粗码十六位加减计数器(82)分别与控制电路(7)中的加减计数器(74)、精码十六位加减计数器(83)、处理器(84)连接；所述的精码十六位加减计数器(83)与处理器(84)连接；所述的处理器(84)与控制电路(7)中的单稳态电路(73)连接接收状态判定信号，并与外部电路连接分别输入禁止信号和时钟信号。
4.一种用于双通道旋转变压器的解码方法，用于权利要求1所述的用于双通道旋转变压器的解码器，其特征在于，所述解码方法包含以下步骤 步骤1，双通道旋转变压器(10)输出周期性的角度的交流模拟信号，经模数转换器(2)转换为交流数字信号后，经过乘法器(3)、差分器(4)、相敏解调器(5)产生一个直流模拟信号，并在积分器(6)中进行积分； 步骤2，积分器(6)的输出信号与外部的禁止信号共同通过逻辑门电路(72)驱动单稳态电路(73)向存储器(81)和处理器(84)输出状态判定信号，同时驱动加减计数器(74)调整角度变量Ω的数值； 步骤3，根据状态判定信号的值，存储器(81)读取并储存乘法器(3)的交流数字信号数据，或者将其内部储存的交流数字信号数据向粗码十六位加减计数器(82 )和精码十六位加减计数器(83 )输出，粗码十六位加减计数器(82 )和精码十六位加减计数器(83 )分别产生一组二进制码； 步骤4，粗码十六位加减计数器(82)和精码十六位加减计数器(83)输出的二进制码、禁止信号、单稳态电路(73)输出的状态判定信号、外部的时钟信号分别输入处理器(84)后，处理器(84)对输入的二进制码进行运算，计算得到双通道旋转变压器的角度数据。
5.如权利要求4所述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特征在于，所述步骤I还包含 步骤1.1，激磁源(I)为双通道旋转变压器(10)供电，并向相敏解调器(5)提供解调信号; 步骤1. 2，模数转换器(2)将双通道旋转变压器(10)输出的周期性的角度的交流模拟信号转换为交流数字信号； 步骤1. 3，乘法器(3)、差分器(4)依次将交流数字信号与一个可调可变的角度变量Ω相乘差分； 步骤1. 4，差分器(4)输出的信号与激磁源(I)提供的解调信号共同输入相敏解调器(5)解调产生一个直流模拟信号； 步骤1. 5，直流模拟信号输入积分器(6)中进行积分。
6.如权利要求4所述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特征在于，所述步骤2还包含 步骤2. 1，积分器(6)的输出信号输入控制电路(7)的压控振荡器(71)作为其控制电压，压控振荡器(71)的输出信号与外部电路输入的禁止信号共同驱动逻辑门电路(72)；步骤2. 2，逻辑门电路(72)的输出信号驱动单稳态电路(73)，使其向存储器(81)和处理器(84)输出状态判定信号； 步骤2. 3，逻辑门电路(72)的输出信号同时驱动加减计数器(74)，使其不断调整角度变量Ω的数值。
7.如权利要求4所述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特征在于，所述步骤3还包含 步骤3. 1，根据状态判定信号的值，如果状态判定信号值为I，乘法器(3)的交流数字信号数据输出到存储器(81)内进行储存，粗码十六位加减计数器(82)和精码十六位加减计数器(83)不能读取存储器(81)内的交流数字信号数据； 步骤3. 2，如果状态判定信号值为0，粗码十六位加减计数器(82)和精码十六位加减计数器(83)分别读取储存器(81)内的交流数字信号数据，并且粗码十六位加减计数器(82)向精码十六位加减计数器(83)输出数据，粗码十六位加减计数器(82)和精码十六位加减计数器(83)分别运算输出一组二进制码。
8.如权利要求4所述的用于双通道旋转变压器的解码方法，其特征在于，所述步骤4还包含 步骤4. 1，在外部的时钟信号的驱动下进入第一个时钟周期，将禁止信号初始化为I后，对状态判定信号进行判断，如果状态判定信号为1，则循环等待，如果状态判定信号为O，处理器(84)读取粗码十六位加减计数器(82 )和精码十六位加减计数器(83 )输出的二进制码； 步骤4. 2，对粗码十六位加减计数器(82)和精码十六位加减计数器的输出数据进行判定，并调整粗码十六位加减计数器(82)输出的二进制码； 步骤4. 3，将经过调整的粗码十六位加减计数器(82)输出的二进制码与精码十六位加减计数器(83)输出的二进制码进行拼接，生成一组新的二进制码，并向外输出； 步骤4. 4，在外部的时钟信号的驱动下进入下一个时钟周期，循环步骤4.1至步骤4. 3，直至在外部的时钟信号的驱动下结束解码过程。
全文摘要
本发明公开了一种用于双通道旋转变压器的解码器，包含激磁源、模数转换器、乘法器、差分器、相敏解调器、积分器、控制电路、运算电路；激磁源分别与双通道旋转变压器和相敏解调器连接；双通道旋转变压器、模数转换器、乘法器、差分器、相敏解调器、积分器依次连接；控制电路分别与积分器、运算电路连接；运算电路与乘法器连接；运算电路中还包含处理器。本发明公开了一种用于双通道旋转变压器的解码方法，将双通道旋转变压器的输出信号经解码器硬件进行运算后输入运算电路中的处理器进行整合运算，输出经整合的角度信息。本发明软件与硬件结合，能够直接解算出双通道旋转变压器的角度信息，解码速度快，精度高，能适应苛刻的环境条件，可靠性高。
文档编号H03M7/00GK103036572SQ20121051859
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者周起华, 翁孚达 申请人:上海无线电设备研究所