基于C805 1 F02 1的雙通道軸角測量實驗裝置的設(shè)計

0 引 言
現(xiàn)代電子技術(shù)的進步不斷推動數(shù)字伺服系統(tǒng)的發(fā)展，人們對位置角度測量提出了越來越高的要求。軸角轉(zhuǎn)換裝置旋轉(zhuǎn)變壓器以其高精度、抗震動、高可靠性著稱，在工業(yè)控制和武器控制系統(tǒng)等設(shè)備中應(yīng)用廣泛。為了促進學(xué)員對旋轉(zhuǎn)變壓器角度轉(zhuǎn)換、測量和通過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(fù)雜的外圍設(shè)備情況下，利用C8051F021混合型芯片內(nèi)置的集成12位ADC與DAC，方便的實現(xiàn)激勵信號產(chǎn)生、正余弦信號測量、軸角計算，同時，C8051F021對C語言編程有較好的支持能力，利用C語言編程，可以方便的實現(xiàn)程控?；诖?，設(shè)計本實驗裝置。

1 系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)
為了讓裝置能自動完成測量軸角任務(wù)，利用C8051F021混合型單片機產(chǎn)生驅(qū)動旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號并測量旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號，根據(jù)信號幅值和相位計算旋轉(zhuǎn)角度，通過應(yīng)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(jié)果作為真實值由LCD顯示。總體設(shè)計框架圖如圖1所示：

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)于一臺的1：1旋轉(zhuǎn)變壓器和一臺1：n的旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)合體。當(dāng)粗級旋變轉(zhuǎn)過1圈時，精級旋變則轉(zhuǎn)過n圈，精級的1圈(360°)表示真實軸角角度的1個360°/n。數(shù)據(jù)組合時，由粗級數(shù)據(jù)計算真實軸角所在區(qū)間，由精級數(shù)據(jù)計算出該區(qū)間的精確值，粗精組合后得到軸角的真實值．理想情況下數(shù)據(jù)組合公式為：
D=INT[Dc／(360°／n)]×(360°／n)+(Dj／n)
式中：D為軸角的真實值；Dc為粗級數(shù)據(jù)；Dj為精級數(shù)據(jù)。設(shè)D=INT[θc／(360°／n)]，則有0≤i≤n，i表示真實軸角落入第i個區(qū)間。在本設(shè)計中采用1：32的轉(zhuǎn)速比。
將O°～360°劃分為32個區(qū)間，每個區(qū)間為11．25°。真實軸角D落入哪個區(qū)間，可用esc(粗級正弦輸出)、ecc(粗級余弦輸出)計算出Dc來得到。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(qū)間的精確值(具體計算方法將在軟件設(shè)計部分給出)。由此，本設(shè)計中的數(shù)據(jù)組合公式可寫成如下形式：
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(shù)整數(shù)部分不能有差錯的基礎(chǔ)上的，而實際中由于傳感器誤差、工藝因素等往往導(dǎo)致得不到粗、精級的理想配合：當(dāng)Dj在兩個區(qū)間的上(下)邊界附近時，會出現(xiàn)粗級讀整數(shù)與真實軸角D所在區(qū)間多“1”或者少“1”(“1”即360°／n，本設(shè)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(tǒng)中粗讀整數(shù)不可避免的誤差，依靠提高器件及電路精度來達(dá)到絕對避免這種誤差是不可能的(只會減少產(chǎn)生這種差錯的機率)。但可利用軟件的方法來排除該誤差：采用一個循環(huán)和一個糾錯判決條件來實現(xiàn)糾錯，判決條件的基準(zhǔn)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(shè)計中取粗級單個區(qū)間長度的一半作為基準(zhǔn)值，即此時η＝6．125°。實現(xiàn)過程將在軟件設(shè)計中給出。