原標(biāo)題：基于C8051F021的雙通道軸角測量實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方案

基于C8051F021混合型單片機(jī)和LM324N放大器的雙通道軸角測量實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方案，主要涉及到硬件設(shè)計(jì)、軟件編程以及信號調(diào)理等方面。以下是一個詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案：

一、硬件設(shè)計(jì)

1. 核心控制單元

• 選用單片機(jī)：C8051F021混合型單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置集成12位ADC與DAC，支持C語言編程，便于實(shí)現(xiàn)激勵信號產(chǎn)生、正余弦信號測量及軸角計(jì)算。

• 接口配置：利用C8051F021的AIN0.0-AIN0.3四個端口作為單端輸入口，用于接收旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的四路信號（兩路正弦和兩路余弦）。

2. 旋轉(zhuǎn)變壓器

• 雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器：作為軸角測量元件，一般與轉(zhuǎn)軸同軸安裝。它相當(dāng)于一臺1:1旋轉(zhuǎn)變壓器和一臺1:n旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)合體。

• 轉(zhuǎn)速比：在本設(shè)計(jì)中采用1:32的轉(zhuǎn)速比，即將0°～360°劃分為32個區(qū)間，每個區(qū)間為11.25°。

3. 信號調(diào)理電路

• LM324N放大器：用于對旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的雙極性電壓信號進(jìn)行調(diào)理，轉(zhuǎn)換為0～2.4V的正極性電壓信號，以滿足ADC采樣要求。

• 電路組成：包括集成運(yùn)放LM324N、可變電阻R3（用于調(diào)節(jié)電壓增益）、隔直電容C3、濾除高頻噪聲的電容C1等。

• 后級放大電路：采用乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路，C4、C5為去耦電容，二極管D1、D2用于克服交越失真。

4. 激勵信號產(chǎn)生

• D/A轉(zhuǎn)換：利用C8051F021的12位D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生激勵信號。通過查正弦函數(shù)表的方法，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成模擬量而輸出正弦波。

• 頻率控制：波形的頻率可以通過改變定時(shí)器的初值來控制。

二、軟件設(shè)計(jì)

1. 軟件模塊

• 主模塊：負(fù)責(zé)整體流程控制。

• 激磁信號產(chǎn)生模塊：通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬的激磁信號。

• 雙通道角度信號采集轉(zhuǎn)儲模塊：采集旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號，并進(jìn)行存儲。

• 雙通道角度計(jì)算與糾錯模塊：根據(jù)采集到的信號計(jì)算軸角，并通過粗精組合及糾錯技術(shù)提高測量精度。

• 鍵盤顯示模塊：用于輸入控制指令及顯示測量結(jié)果。

2. 角度計(jì)算與糾錯

• 粗精組合：由粗級數(shù)據(jù)計(jì)算真實(shí)軸角所在區(qū)間，由精級數(shù)據(jù)計(jì)算出該區(qū)間的精確值。

• 糾錯技術(shù)：采用一個循環(huán)和一個糾錯判決條件來實(shí)現(xiàn)糾錯，判決條件的基準(zhǔn)值η由裝置的測量精度決定。在本設(shè)計(jì)中，取粗級單個區(qū)間長度的一半作為基準(zhǔn)值，即η=6.125°。

3. 編程實(shí)現(xiàn)

• 編程語言：利用C語言編程，實(shí)現(xiàn)程控。

• 計(jì)算流程：先確定角度的卦限，然后根據(jù)正余弦值之商（即正切）來匹配角度值。

三、系統(tǒng)測試

• 實(shí)驗(yàn)測量：利用該裝置進(jìn)行實(shí)際測量，驗(yàn)證測量值與真實(shí)值的誤差是否在允許范圍內(nèi)。

• 糾錯檢測：選取易出錯的特殊角度（如0°、90°、180°、270°）進(jìn)行糾錯檢測，確保裝置的糾錯能力。

四、總結(jié)

本設(shè)計(jì)方案基于C8051F021混合型單片機(jī)和LM324N放大器，通過硬件與軟件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了雙通道軸角的精確測量。該裝置具有高精度、抗震動、高可靠性等特點(diǎn)，適用于工業(yè)控制和武器控制系統(tǒng)等設(shè)備中。同時(shí)，該設(shè)計(jì)方案具有較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。