基于Intel 8254的運動平臺數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

摘要：提出了一種新型的運動平臺數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)電路。利用可鳊程定時／計數(shù)器8254具有可編程單次脈沖、對主頻進行分頻等特點，設(shè)計了一種數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路。實際應(yīng)用表明，這種數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路簡單實用，工作穩(wěn)定，且成本低、抗干擾能力較強、實時性好，已經(jīng)成功地應(yīng)用于某型飛行模擬器三自由度運動平臺控制系統(tǒng)中。該電路還可推廣應(yīng)用于飛行模擬器的儀表控制系統(tǒng)、操縱負荷仿真系統(tǒng)的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路中。
關(guān)鍵詞：運動平臺；可編程定時／計數(shù)器8254；數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路；可編程單次脈沖

0 引言
飛行模擬器的運動平臺主要是用來向飛行員提供飛機運動的動感信息，使飛行人員感覺與在被模擬的真實運動飛機上、在同樣環(huán)境和任務(wù)下的動感相一致。運動平臺系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路是控制系統(tǒng)的的核心，它要把經(jīng)運動平臺算法解算出的各液壓缸伸縮量的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，然后經(jīng)濾波放大、電液伺服閥后，由電液伺服閥驅(qū)動各液壓缸運動，進而驅(qū)動運動平臺仿真飛機飛行時的各種姿態(tài)及地面滑跑、著陸及放起落架時的振動等。
數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路一般使用專門的D／A轉(zhuǎn)換器，D／A轉(zhuǎn)換器的種類比較多，如有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)型、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型、權(quán)電流型、開關(guān)數(shù)型、權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)型、串行輸入型等，本文利用Intel 8254設(shè)計了一種簡單實用的數(shù)模轉(zhuǎn)換(D／A)電路，并應(yīng)用于飛行模擬器三自由度運動平臺控制系統(tǒng)中。

1 運動平臺控制系統(tǒng)組成
三自由度運動平臺控制系統(tǒng)硬件由平臺控制計算機、接口系統(tǒng)、濾波功放板、看門狗電路和液壓伺服系統(tǒng)組成，接口系統(tǒng)包括D／A，A／D轉(zhuǎn)換電路(見圖1)。通過主計算機接收到飛行方程解算出的與控制平臺有關(guān)的各種信息，由平臺控制計算機進行處理，經(jīng)數(shù)／模轉(zhuǎn)換(D／A)、濾波、功放成為伺服閥控制指令，驅(qū)動液壓缸平滑、穩(wěn)定的伸縮，實時產(chǎn)生和被模擬的飛機相似的過載、姿態(tài)、振動等運動信息。液壓缸的伸長量經(jīng)位移傳感器送給比較放大器，形成硬件閉環(huán)控制，位移信號經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)，送給平臺控制計算機，用來對平臺極限位置的限制。同時，由看門狗電路實時監(jiān)視控制電路的工作情況，確保運動平臺的安全。控制系統(tǒng)硬件電路的核心為自行研制的D／A轉(zhuǎn)換電路及看門狗電路。

2 D/A轉(zhuǎn)換電路
三自由度運動平臺數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路主要由74LS138譯碼器、可編程定時器／計數(shù)器芯片8254、8位數(shù)據(jù)緩存器74LS245等組成，核心元件是可編程定時器／計數(shù)器芯片8254。