【单片机】使用AD7606+AD698芯片读取RVDT角位移

本文主要是介绍【单片机】使用AD7606+AD698芯片读取RVDT角位移，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

  接上文，经过第一阶段的AD2S1210测量旋转变压器的角位移之后，现在用AD698来进一步的加强验证，目前网上有关于这方面的研究资料还是挺少的。
  AD698是美国ADI公司生产的单片式线性位移差分变压器信号调节系统。将AD698与RVDT／LVDT配合，能够高精确性、可重复性的将RVDT／LVDT的旋转/机械位移转换成单极性或双极性的直流电压，消除原边驱动的幅度漂移所导致的比例系数误差，改善测量的温度性能和稳定性。

0. 实验要求

  基于STM32单片机，使用AD7606+AD698芯片读取RVDT角位移及速度。
  RVDT：角位移传感器。由交流激励源驱动，产生一对交流电压，该电压根据磁芯的旋转位移进行相应变化。（这里用的是正余弦款，非差分款）
  RVDT广泛应用于铁路、航天航空、机械、建筑等领域，实现阀门开度、油门杆角度和精密位移的测量和反馈控制。
  硬件设施：STM32F103C8T6、TPS5430变压器、AD7606采样芯片、AD698信号调节器、CH340串口、TDS220示波器、RVDT及其他电容电阻元器件。

1. 硬件平台搭建

  AD7606采样芯片5V单电源供电，AD698芯片±15V供电。
  整体思路：AD698输出与RVDT角位移有关的直流电压，传给ADC采样芯片7606，随后通过串口发送到计算机显示电压值及对应的旋转角度。

2. 实验环境

3. AD7606采样芯片

产品特性：

• 高分辨率、双极性输入、同步采样、逐次逼近型模数转换器。
• 8路同步采样，16位分辨率，SPI/DSP接口，双极性模拟输入范围：±10V或±5V，吞吐速率最高200kSPS。
• 应用场景：电力线监控和保护系统、多相电机控制、仪表和控制系统、多轴定位系统、数据采集系统（DAS）。

根据芯片说明书要求，有几点需要注意：

转换时间

  这里采用16倍过采样，转换时间不得低于66us，转换完成后同时等待busy位再开始读取转换数据。

串行接口时序图

   方便起见，采用转换完成之后统一读取的方式，其中SPI通讯时序根据下图来编写。

串行接口时的说明

   CS接口保持低电平，SCK上升沿移出，下降沿移入，SCK空闲时高电平。
   所有模拟输入通道同步采样，串行接口读取，这里仅用一路DoutA线逐个输出数据，由于是16位分辨率，8个通道，所以完整的读取一次数据需要128个SCK周期。

其他的注意事项根据芯片数据手册看着弄就行了。

4. AD7606实验现象

   硬件和软件里都设置好之后，由于AD7606通道悬空时，默认输入电压是2V左右，这里通过串口发送8个通道值进行查看。

   可见，串口显示8个通道值均在2.07V左右，满足条件，说明功能良好，AD7606设置完成。

5. AD698信号调节器

产品特性：

• 通用LVDT/RVDT信号调节器，与LVDT/RVDT一起使用，将传感器的机械/位移位置转换为单极或双极直流电压，具有高度的准确性和可重复性。
• 通过添加一些外部无源元件来设置激励频率和幅值，输出直流信号，可与四线制或半桥式LVDT/RVDT使用。
• 技术指标：激励频率：20~20KHz、输出角度范围：±40°、输出电压：±11V，线性误差：0.05％。
  

根据芯片说明书要求，有几点需要注意：

外部元器件选型

  AD698是通过添加一些外部无源元件来设置激励频率和幅值。这里使用激励频率为3KHz，激励幅值3V，系统带宽250Hz。所以选择C1=12nF，C2=C3=C4=470nF，R1=10.3KΩ，R2=14KΩ。然后接线方式按照四线制方式接线，B接cos端，A接sin端。By the way，注意-BIN端和-AIN端不要短接到地，要分开接。

Vout引脚输出电压公式

根据公式可得，旋转角度$\alpha$：$$\begin{gathered} \mathrm{A}/\mathrm{B}=\sin /\cos =\tan \alpha =\mathrm{Vout}/\mathrm{Iref}/\mathrm{R}2=\mathrm{Vout}/7 \\ \Updownarrow \\ \alpha =\mathrm{arc}\tan \left(\mathrm{Vout}/7\right) \end{gathered}$$

6. AD7606+AD698实验现象

1. 示波器读激励频率

   我设置的激励频率是3KHz，示波器读出来是3.062KHz，在允许误差范围内。幅值约在3v左右，满足条件。

2. 串口数据

  AD698的Vout接在AD7606的第一通道，由于直接输出16进制的直流电压信号不方便看，所以转化为输出旋转角度 $\alpha$ 和对应的 A/B 的变量值。
  另外，由于AD7606采样是双极性输入，所以采样到的电压值有正有负，因此解算出来的 $\alpha$ 也是有正有负的，而且当旋转角度在±40°范围内，采样值应该是跟随变化的。当旋转角度在范围以外时，采样值不变化。
  串口现象如下所示：

  可以看出，角度范围在[-36°~36°]之间，满足AD698的技术指标±40°，且角度的变化精确跟随手动旋转变压器的变化，成功的输出了对应变化的直流信号，达到了本次实验的最终目的。

7. 总结

  本次实验采用AD7606采样电压值，通过集成芯片AD698实现RVDT传感器的测量，可根据传感器特性灵活设置RVDT传感器激励信号的频率和幅值，改变输出信号范围和偏置，实现了RVDT信号的精确测量，为后续RVDT信号的反馈控制应用提供支持。

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