基于C805 1 F02 1的雙通道軸角測量實(shí)驗裝置的設計

0 引 言
現代電子技術(shù)的進(jìn)步不斷推動(dòng)數字伺服系統的發(fā)展，人們對位置角度測量提出了越來(lái)越高的要求。軸角轉換裝置旋轉變壓器以其高精度、抗震動(dòng)、高可靠性著(zhù)稱(chēng)，在工業(yè)控制和武器控制系統等設備中應用廣泛。為了促進(jìn)學(xué)員對旋轉變壓器角度轉換、測量和通過(guò)雙通道粗精組合提高測量角度精度的原理和技術(shù)的掌握，在不需要復雜的外圍設備情況下，利用C8051F021混合型芯片內置的集成12位ADC與DAC，方便的實(shí)現激勵信號產(chǎn)生、正余弦信號測量、軸角計算，同時(shí)，C8051F021對C語(yǔ)言編程有較好的支持能力，利用C語(yǔ)言編程，可以方便的實(shí)現程控?；诖?，設計本實(shí)驗裝置。

1 系統設計
1．1 系統原理與結構
為了讓裝置能自動(dòng)完成測量軸角任務(wù)，利用C8051F021混合型單片機產(chǎn)生驅動(dòng)旋轉變壓器的激磁信號并測量旋轉變壓器輸出的正余弦信號，根據信號幅值和相位計算旋轉角度，通過(guò)應用粗精雙通道卦限判別和組合糾錯技術(shù)提高測量角度精度，最后將組合后的結果作為真實(shí)值由LCD顯示?？傮w設計框架圖如圖1所示：

雙通道旋轉變壓器作為軸角測量元件，一般與轉軸同軸安裝，它相當于一臺的1：1旋轉變壓器和一臺1：n的旋轉變壓器的結合體。當粗級旋變轉過(guò)1圈時(shí)，精級旋變則轉過(guò)n圈，精級的1圈(360°)表示真實(shí)軸角角度的1個(gè)360°/n。數據組合時(shí)，由粗級數據計算真實(shí)軸角所在區間，由精級數據計算出該區間的精確值，粗精組合后得到軸角的真實(shí)值．理想情況下數據組合公式為：
D=INT[Dc／(360°／n)]×(360°／n)+(Dj／n)
式中：D為軸角的真實(shí)值；Dc為粗級數據；Dj為精級數據。設D=INT[θc／(360°／n)]，則有0≤i≤n，i表示真實(shí)軸角落入第i個(gè)區間。在本設計中采用1：32的轉速比。
將O°～360°劃分為32個(gè)區間，每個(gè)區間為11．25°。真實(shí)軸角D落入哪個(gè)區間，可用esc(粗級正弦輸出)、ecc(粗級余弦輸出)計算出Dc來(lái)得到。而后再用esj(精級正弦輸出)、ecj(精級余弦輸出)計算出Dc得到落入該區間的精確值(具體計算方法將在軟件設計部分給出)。由此，本設計中的數據組合公式可寫(xiě)成如下形式：
D=INT[Dc／(11．25)]×(11．25)+(Dj／32)
上述的粗精級軸角組合原理是建立在粗讀數整數部分不能有差錯的基礎上的，而實(shí)際中由于傳感器誤差、工藝因素等往往導致得不到粗、精級的理想配合：當Dj在兩個(gè)區間的上(下)邊界附近時(shí)，會(huì )出現粗級讀整數與真實(shí)軸角D所在區間多“1”或者少“1”(“1”即360°／n，本設計中“1”為11．25°)的大角度的誤差，且這種誤差是原理性誤差，是粗精級組合系統中粗讀整數不可避免的誤差，依靠提高器件及電路精度來(lái)達到絕對避免這種誤差是不可能的(只會(huì )減少產(chǎn)生這種差錯的機率)。但可利用軟件的方法來(lái)排除該誤差：采用一個(gè)循環(huán)和一個(gè)糾錯判決條件來(lái)實(shí)現糾錯，判決條件的基準值η由裝置的測量精度決定，它是裝置糾錯能力的具體表示。本設計中取粗級單個(gè)區間長(cháng)度的一半作為基準值，即此時(shí)η＝6．125°。實(shí)現過(guò)程將在軟件設計中給出。