基于Intel 8254的运动平台数模转换电路设计

　　数/模转换电路一般使用专门的D/A转换器，D/A转换器的种类比较多，如有权电阻网络型、倒T型电阻网络型、权电流型、开关数型、权电容网络型、串行输入型等，本文利用Intel 8254设计了一种简单实用的数模转换(D/A)电路，并应用于飞行模拟器三自由度运动平台控制系统中。

　　1 运动平台控制系统组成

　　三自由度运动平台控制系统硬件由平台控制计算机、接口系统、滤波功放板、看门狗电路和液压伺服系统组成，接口系统包括D/A，A/D转换电路(见图1)。通过主计算机接收到飞行方程解算出的与控制平台有关的各种信息，由平台控制计算机进行处理，经数/模转换(D/A)、滤波、功放成为伺服阀控制指令，驱动液压缸平滑、稳定的伸缩，实时产生和被模拟的飞机相似的过载、姿态、振动等运动信息。液压缸的伸长量经位移传感器送给比较放大器，形成硬件闭环控制，位移信号经模/数转换(A/D)，送给平台控制计算机，用来对平台极限位置的限制。同时，由看门狗电路实时监视控制电路的工作情况，确保运动平台的安全。控制系统硬件电路的核心为自行研制的D/A转换电路及看门狗电路。

　　2 D/A转换电路

　　三自由度运动平台数/模转换电路主要由74LS138译码器、可编程定时器/计数器芯片8254、8位数据缓存器74LS245等组成，核心元件是可编程定时器/计数器芯片8254。

　　2.1 8254简介

　　可编程定时器/计数器是为方便计算机系统的设计和应用而研制的，定时值及其范围可以很容易地由软件来控制和改变，能够满足各种不同的定时和计数要求，因此得到广泛应用。8254是Intel公司生产的通用定时/计数器，是在8253的基础上稍加改进而推出的改进型产品，两者硬件组成和引脚完全相同。

　　8254是24脚双列直插式芯片，用+5 V电源供电。芯片内有3个相互独立的16位定时/计数器。主要管脚如图2所示。

　　数据线D0～D7与CPU的数据总线相连接，是双向三态的数据线，用于与CPU交换信息。读信号RD是一个低电平有效的由CPU发来的控制信号，RD信号通知8254，CPU要读8254中的某个通道的计数值或状态字，也就是说由RD来读取8254中的某个计数器的相关内容;WR是一个低电平有效的由CPU发来的控制信号，CPU通过此信号向8254发送控制字和计数值;片选信号CS是一个低电平有效的信号，CPU用此信号来选择8254。在芯片不被选中的情况下，读信号和写信号没有意义，也不起作用;地址线A1，A0一般接到系统地址总线的A1，A0上，它们的功能是编码选择3个通道和1个控制寄存器，其端口编码略，CS，RD，WR，A1和A0组合起来才能对寄存器进行选择和操作。

　　CLK0～CLK2是3个通道的外部时钟脉冲收入线，是8254作计数器或定时器的计数脉冲;GATE0～GATE2是3个通道的门控信号输入线，高电平有效，用于启动或禁止通道工作的外部信号;OUT0～OUT2是3个通道的计数为0/定时时间到脉冲输出线，输出波形取决于8254通道的工作方式。

　　8254的每一个计数器都有6种工作方式。不同的工作方式下，计数过程的启动方式不同，OUT端的输出波形不同，自动重复功能、GATE的控制作用以及更新计数初值对计数过程的影响也不完全相同。同一芯片中的3个计数器，可以分别编程选择不同的工作方式。三自由度运动平台数/模转换电路中的计数器使用了方式1和方式2。