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[導(dǎo)讀]主要介紹MAX504型10位串行D/A轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)、工作原理及應(yīng)用。

摘要:在無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置中,要將80C196MC型單片機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào),MAX504D/A轉(zhuǎn)換器能很好地滿足這種要求。主要介紹MAX504型10位串行D/A轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)、工作原理及應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:MAX504;串行D/A轉(zhuǎn)換器;勵(lì)磁控制;應(yīng)用
中圖分類號(hào):TN409  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A  文章編號(hào):1006-6977(2006)01-0012-03

1 引言

    無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置主要應(yīng)用于DF11型和DF8B型鐵路內(nèi)燃干線機(jī)車的交流輔助傳動(dòng)系統(tǒng)。無刷勵(lì)磁控制裝置和交流輔助發(fā)電機(jī)共為一體,對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行控制,從而達(dá)到控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的目的,通過無刷勵(lì)磁控制裝置的控制信號(hào),使交流輔助發(fā)電機(jī)在不同工況下保證U/f比恒定。當(dāng)負(fù)載突然變化時(shí),勵(lì)磁控制裝置能迅速調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,使發(fā)電機(jī)輸出特性變硬,保證輔助系統(tǒng)穩(wěn)定工作。無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示,無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置需采集發(fā)電機(jī)輸出交流電壓VaVbVc等模擬量,經(jīng)過信號(hào)測(cè)量電路取得電壓信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入到80C196MC型單片機(jī),通過MAX504變換成模擬基準(zhǔn)電壓信號(hào),此信號(hào)即為上述電壓檢測(cè)信號(hào)與經(jīng)過PI計(jì)算后輸出的控制信號(hào),控制無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁,從而控制其輸出電壓。

2 MAX504的引腳排列及功能

    MAX504是由美信(Maxim)公司生產(chǎn)的一種低功耗、電壓輸出型10位串行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。MAX504既可用+5V單電源工作,也可用±5V雙電源工作。該電路采用14引腳DIP型或SO型封裝,圖2示出它的引腳排列,表1介紹它的引腳功能。

    圖3示出MAX504的結(jié)構(gòu)框圖,MAX504內(nèi)部的運(yùn)算放大器增益可以設(shè)置成12,還可設(shè)置成單極性或雙極性輸出電壓,MAX504利用1個(gè)帶有單電源供電的運(yùn)算放大器倒轉(zhuǎn)的”R2R梯形網(wǎng)絡(luò),將10位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào),由于電流輸出型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的REFIN引腳是運(yùn)算放大器求和的連接點(diǎn)或虛地,因此用倒轉(zhuǎn)的這個(gè)術(shù)語描述該梯形網(wǎng)絡(luò),然而,相對(duì)參考電壓來說,這種應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致輸出電壓反向,MAX504的拓?fù)涫沟幂敵龅臉O性與參考電壓輸入極性相同。上電時(shí),內(nèi)部復(fù)位電路使DAC寄存器復(fù)位為零,此外,當(dāng)CLR引腳保持低電平時(shí),使寄存器都置零,CLR引腳的工作異步并獨(dú)立于片選CS端。

3 MAX504的工作模式

3.1 單極性配置

    將BIPOFFRFB連接到VOUTMAX504可被配置成增益為10VVREFIN的單位極性輸出)的模式,此配置中,D/A轉(zhuǎn)換器可工作于單電源或雙電源供電方式,將BIPOFF連接到AGNDRFB,則可被配置成增益為20V2VREFIN的單極性輸出)的模式,在本模式中,MAX504既可以單電源工作,也可以雙電源工作。

3.2 雙極性配置

    將BIPOFF連接到REFINRFB,雙電源(±5V)供電,使MAX504成為雙極性配置。

3.3 四象限乘法器

    將BIPOFF連接至REFIN,RFB連接至VOUT,然后再用偏移二進(jìn)制數(shù)字模式,電源供電,或在VSS2VVDD2V范圍內(nèi)由REFIN輸入雙極性模擬信號(hào),這樣,MAX504就可以作四象限乘法器。工作模式的3種配置具體連線圖可參考文獻(xiàn)[2]

4 工作時(shí)序

    MAX504的工作時(shí)序如圖4所示,最大時(shí)鐘頻率由1/tCHtCL)決定,大約是14MHz,數(shù)據(jù)更新率受片選周期限制,其周期為16×tCHtCL)+tCSW,相當(dāng)于1.14μs,或者877kHz的更新率。然而,10D/A轉(zhuǎn)換的建立時(shí)間為25μs,這樣,更新率限制為40kHz。

    MAX504使用3線串行接口,這種接口與SPITM、QSPITMCPOLCPHA0)和Microwire標(biāo)準(zhǔn)兼容,通過寫入2個(gè)8位字節(jié)對(duì)DAC進(jìn)行編程(如圖2所示),16位串行數(shù)據(jù)按下列順序進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器:4位填充(啞元)位、10位數(shù)據(jù)位、2“0”4位啞元位數(shù)據(jù)通常是無用的,然而2“0”數(shù)據(jù)是需要的,這是因?yàn)橐笃溆布蛙浖仨毰c12MAX531/MAX538/MAX539兼容。SCLK為低電平時(shí),應(yīng)該出現(xiàn)CS跳變,CS為低電平時(shí),數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿出現(xiàn)時(shí)輸入,串行輸入數(shù)據(jù)保持在16位串行移位寄存器中。CS出現(xiàn)上升沿時(shí),10位數(shù)據(jù)被傳輸?shù)?/SPAN>DAC寄存器,更新DAC。隨著CS變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)據(jù)不能進(jìn)入MAX504。MAX50416位數(shù)據(jù)塊輸入數(shù)據(jù),SPIMicrowire接口以8位數(shù)據(jù)塊輸出數(shù)據(jù),因此,要求在2個(gè)寫周期輸入數(shù)據(jù)至DAC,QSPI接口要求8位到16位可變的數(shù)據(jù)輸入,且以一個(gè)寫周期載入DAC。

5 MAX504的應(yīng)用

    根據(jù)MAX504的工作原理及上述工作時(shí)序,采用MAX504(單極性輸出方式)增益為1的工作模式,可以設(shè)計(jì)無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置中80C196MCMAX504的硬件接口電路,出圖5所示。將MAX504DIN、SCLKCS分別接到80C196MCP2.5/COMPARE1、P2.6/COMPARE2P2.7/COMPARE3,無刷同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)FCPU輸入80C196MC后,經(jīng)過控制軟件處理,然后通過P2.5/COMPARE1將數(shù)字信號(hào)輸出至MAX504DIN,使MAX504產(chǎn)生所需電壓基準(zhǔn)信號(hào)VOUT,使之與實(shí)際檢測(cè)電壓進(jìn)行PI計(jì)算后產(chǎn)生無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁控制信號(hào),接口控制軟件如下:

 

   
6 結(jié)束語

    筆者設(shè)計(jì)的無刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置現(xiàn)已應(yīng)用于DF8B型內(nèi)燃機(jī)車的交流輔助傳動(dòng)系統(tǒng),運(yùn)行試驗(yàn)證明該控制裝置能夠滿足實(shí)際應(yīng)用要求。
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