旋转变压器的处理电路与应用设计(附件)
摘 要旋转变压器（resolver/transformer）是一种具有高分辨率的角度传感器，它是一种测量运动控制中角位置和轴转动速度的元器件，具备同类功能的还有感应同步器、光电编码器等元器件。有着在高温高震动，寒冷潮湿还有高速运动等特殊环境下正常工作的能力。本文将对旋转变压器的结构和工作原理进行分析，了解其基本的电气特性，然后围绕旋转变压器的专用解码芯片 AD2S1210和主控芯片STC12C5A60S2单片机构成的最小系统设计硬件电路，旋转变压器获取来自D2S1210解码芯片的励磁电压，同时将并对其两路正余弦输出电压。然后对旋转变压器输出的两路分别代表角度位置的电压信号进行解码，主控芯片通过 SPI 接口采集 AD2S1210 的解码值，从而解算出旋转变压器的轴角度与速度值。
Key words：Rotating transformer; single chip microcomputer STC51; decoder AD2S1210; 目 录
第一章 绪论 1
1.1旋转变压器 1
1.1.1旋转变压器的含义 1
1.1.2 旋转变压器的分类 1
1.1.3 旋转变压器的工作原理 2
1.1.4 旋转变压器的结构 2
1.1.5 旋转变压器的应用 2
1.2旋转变压器解码芯片 3
1.3单片机控制器 4
第二章 方案与硬件设计 5
2.1整个设计方案介绍 5
2.1.1 旋转变压器部分 5
2.1.2 解码芯片部分 7
2.1.3单片机最小系统部分 9
2.2 解码电路的设计 9
2.2.1解码芯片AD2S1210的旋变连接 11
2.2.2解码芯片AD2S1210的电路 13
2.2.3解码芯片AD2S1210与单片机连接 16
2.3 解码电路PCB图 20
第三章 软件设计方案 21
第四章 测试结果及分析 23
第五章 结论 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1.1旋转变压器
1.1.1旋转变压器的含义
旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，同时又称同步分解器或者解码器。它是一种小型交流电动机，用于测量角度的，它可以用来测取旋转物体转轴的角位移和角速度，旋转变压器的组成部分分为转子和定子。该定子绕组是旋转变压器的原边绕组，接收到励磁电压，励磁频率种类有多种，一般采用5000HZ、3000HZ或者400HZ等。
旋转变压器的副边绕组为转子绕组，根据电磁耦合的原理获取感应电动势。旋转变压器的工作原理和普通变压器基本上是一样的，区别就在于一般的变压器的原边、副边绕组是固定不动的额，所以输入与输出的电压之比是常数，但是旋转变压器的原边、副边绕组却是随着转子所发生的角度位移而变化的，因此旋转变压器的输出电压的数值会根据转子角位移而改变，所以输出电压的大小和转子的转角构成正弦、余弦函数关系，也会成一定的比例关系，还有可能在一定转角范围内和旋转角度成一定的线性关系。旋转变压器在同步及运算系统中经常用于传递转角数值或者电信号，同时在解算装置中还可用来对函数进行的解算，所以又被称作解算器。
旋转变压器一般情况下有两级和四级绕组这两种结构组成形式。两级绕组的旋转变压器他的转子定子分别有着一对磁极，相对的四级绕组的旋转变压器则分别有着两对磁极，它一般用于高精度检测场所进行测量。除此之外，还有很多级数更高的旋转变压器，它可以用在更高精度的检测环境。
1.1.2 旋转变压器的分类
旋转变压器的分类一般按照其输出电压跟转子旋转角度的函数关系来进行，因此旋转变压器主要分为三大类。
1.正、余弦旋转变压器这种旋转变压器的函数关系是其输出电压与转子转角成相应的sin，cos函数关系。
2.线性旋转变压器这种旋转变压器的函数关系是其输出电压与转子转角成相应线性函数关系。
3.比例式旋转变压器这种旋转变压器的函数关系是其输出电压与转子转角成相应某种比例系数函数关系。
一般来说多级式旋转变压器又可分为双通道旋转变压器和磁阻式旋转变压器。双通道旋转变压器是由两个不同极对数的旋转变压器组合而成的。一般情况下，极对数较少的那台旋转变压器叫做粗机，相对的，极对数较多的便被称为精机。双通道旋转变压器有两种形式，它们分别为共磁路和分磁路。所谓共磁路双通道旋转变压器就是说粗机和精机是一起装入铁心的，在绕组上二者是独立的，但是磁路是相同的，而分磁路双通道旋转变压器的粗机和精机是被机械组装在一起的，它们分别有着单独的铁心，二者磁路是分开的。这两种旋转变压器构成了电气变速系统，这种系统跟别的相同且独立旋变或者减速器组成的双通道旋转变压器系统。这种系统的精度更高，达到了秒级，同时结构简单，设备安全可靠，所以完全能满足大部分要求。
磁阻式旋转变压器是一种特殊的多极旋转变压器。它通过磁阻原理对电信号进行转换。在其定子的铁心上开有大小齿，在大齿的顶端则分部着小齿，同时单相励磁绕组和两相输出固定在定子内的大槽上。转子铁心是小齿均匀排布堆叠而成，这样转子的齿数就是输出电压的变化周期，于是就起到了多级式的作用。因为这种旋转变压器的结构简单，同时又有着高精度小尺寸的优势，所以大大的提高了系统的可靠性。
1.1.3 旋转变压器的工作原理
旋转变压器和普通变压器的原理大致相同，旋转变压器的副边绕组为转子绕组，根据电磁耦合的原理获取感应电动势。区别就在于一般的变压器的原边、副边绕组是固定不动的额，所以输入与输出的电压之比是常数，但是旋转变压器的原边、副边绕组却是随着转子所发生的角度位移而变化的，因此旋转变压器的输出电压的数值会根据转子角位移而改变，所以输出电压的大小和转子的转角构成正弦、余弦函数关系。
1.1.4 旋转变压器的结构
旋转变压器的结构相似于两相绕线式异步电机的结构，它由定子和转子两大部分组成。在其定子的铁心上开有大小齿，在大齿的顶端则分部着小齿，同时单相励磁绕组和两相输出固定在定子内的大槽上。转子铁心是小齿均匀排布堆叠而成，一般是铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片。它们的绕组分别镶嵌安装在各自的槽状铁心内。定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。
1.1.5 旋转变压器的应用
旋转变压器是一种高精密级的检测装置，一般用于角度，位置还有速度的测取，它适用于所有旋转编码器的适用场所，同时它又有着在高温高震动，寒冷潮湿还有高速运动等特殊环境下正常工作的能力，所以相对编码器的优势更为突出。
Key words：Rotating transformer; single chip microcomputer STC51; decoder AD2S1210; 目 录
第一章 绪论 1
1.1旋转变压器 1
1.1.1旋转变压器的含义 1
1.1.2 旋转变压器的分类 1
1.1.3 旋转变压器的工作原理 2
1.1.4 旋转变压器的结构 2
1.1.5 旋转变压器的应用 2
1.2旋转变压器解码芯片 3
1.3单片机控制器 4
第二章 方案与硬件设计 5
2.1整个设计方案介绍 5
2.1.1 旋转变压器部分 5
2.1.2 解码芯片部分 7
2.1.3单片机最小系统部分 9
2.2 解码电路的设计 9
2.2.1解码芯片AD2S1210的旋变连接 11
2.2.2解码芯片AD2S1210的电路 13
2.2.3解码芯片AD2S1210与单片机连接 16
2.3 解码电路PCB图 20
第三章 软件设计方案 21
第四章 测试结果及分析 23
第五章 结论 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1.1旋转变压器
1.1.1旋转变压器的含义
旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，同时又称同步分解器或者解码器。它是一种小型交流电动机，用于测量角度的，它可以用来测取旋转物体转轴的角位移和角速度，旋转变压器的组成部分分为转子和定子。该定子绕组是旋转变压器的原边绕组，接收到励磁电压，励磁频率种类有多种，一般采用5000HZ、3000HZ或者400HZ等。
旋转变压器的副边绕组为转子绕组，根据电磁耦合的原理获取感应电动势。旋转变压器的工作原理和普通变压器基本上是一样的，区别就在于一般的变压器的原边、副边绕组是固定不动的额，所以输入与输出的电压之比是常数，但是旋转变压器的原边、副边绕组却是随着转子所发生的角度位移而变化的，因此旋转变压器的输出电压的数值会根据转子角位移而改变，所以输出电压的大小和转子的转角构成正弦、余弦函数关系，也会成一定的比例关系，还有可能在一定转角范围内和旋转角度成一定的线性关系。旋转变压器在同步及运算系统中经常用于传递转角数值或者电信号，同时在解算装置中还可用来对函数进行的解算，所以又被称作解算器。
旋转变压器一般情况下有两级和四级绕组这两种结构组成形式。两级绕组的旋转变压器他的转子定子分别有着一对磁极，相对的四级绕组的旋转变压器则分别有着两对磁极，它一般用于高精度检测场所进行测量。除此之外，还有很多级数更高的旋转变压器，它可以用在更高精度的检测环境。
1.1.2 旋转变压器的分类
旋转变压器的分类一般按照其输出电压跟转子旋转角度的函数关系来进行，因此旋转变压器主要分为三大类。
1.正、余弦旋转变压器这种旋转变压器的函数关系是其输出电压与转子转角成相应的sin，cos函数关系。
2.线性旋转变压器这种旋转变压器的函数关系是其输出电压与转子转角成相应线性函数关系。
3.比例式旋转变压器这种旋转变压器的函数关系是其输出电压与转子转角成相应某种比例系数函数关系。
一般来说多级式旋转变压器又可分为双通道旋转变压器和磁阻式旋转变压器。双通道旋转变压器是由两个不同极对数的旋转变压器组合而成的。一般情况下，极对数较少的那台旋转变压器叫做粗机，相对的，极对数较多的便被称为精机。双通道旋转变压器有两种形式，它们分别为共磁路和分磁路。所谓共磁路双通道旋转变压器就是说粗机和精机是一起装入铁心的，在绕组上二者是独立的，但是磁路是相同的，而分磁路双通道旋转变压器的粗机和精机是被机械组装在一起的，它们分别有着单独的铁心，二者磁路是分开的。这两种旋转变压器构成了电气变速系统，这种系统跟别的相同且独立旋变或者减速器组成的双通道旋转变压器系统。这种系统的精度更高，达到了秒级，同时结构简单，设备安全可靠，所以完全能满足大部分要求。
磁阻式旋转变压器是一种特殊的多极旋转变压器。它通过磁阻原理对电信号进行转换。在其定子的铁心上开有大小齿，在大齿的顶端则分部着小齿，同时单相励磁绕组和两相输出固定在定子内的大槽上。转子铁心是小齿均匀排布堆叠而成，这样转子的齿数就是输出电压的变化周期，于是就起到了多级式的作用。因为这种旋转变压器的结构简单，同时又有着高精度小尺寸的优势，所以大大的提高了系统的可靠性。
1.1.3 旋转变压器的工作原理
旋转变压器和普通变压器的原理大致相同，旋转变压器的副边绕组为转子绕组，根据电磁耦合的原理获取感应电动势。区别就在于一般的变压器的原边、副边绕组是固定不动的额，所以输入与输出的电压之比是常数，但是旋转变压器的原边、副边绕组却是随着转子所发生的角度位移而变化的，因此旋转变压器的输出电压的数值会根据转子角位移而改变，所以输出电压的大小和转子的转角构成正弦、余弦函数关系。
1.1.4 旋转变压器的结构
旋转变压器的结构相似于两相绕线式异步电机的结构，它由定子和转子两大部分组成。在其定子的铁心上开有大小齿，在大齿的顶端则分部着小齿，同时单相励磁绕组和两相输出固定在定子内的大槽上。转子铁心是小齿均匀排布堆叠而成，一般是铁镍软磁合金或硅钢薄板冲成的槽状心片。它们的绕组分别镶嵌安装在各自的槽状铁心内。定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。
1.1.5 旋转变压器的应用
旋转变压器是一种高精密级的检测装置，一般用于角度，位置还有速度的测取，它适用于所有旋转编码器的适用场所，同时它又有着在高温高震动，寒冷潮湿还有高速运动等特殊环境下正常工作的能力，所以相对编码器的优势更为突出。
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