基于C805 1 F02 1的雙通道軸角測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

0 引 言
現(xiàn)代電子技術(shù)的進(jìn)步不斷推動(dòng)數(shù)字伺服系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)位置角度測(cè)量提出了越來(lái)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(dòng)、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(jìn)學(xué)員對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器角度轉(zhuǎn)換、測(cè)量和通過(guò)雙通道粗精組合提高測(cè)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(shí)現(xiàn)激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生、正余弦信號(hào)測(cè)量、軸角計(jì)算，同時(shí)，C8051F021對(duì)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(xiàn)程控。基于此，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)裝置。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)
為了讓裝置能自動(dòng)完成測(cè)量軸角任務(wù)，利用C8051F021混合型單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的激磁信號(hào)并測(cè)量旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號(hào)，根據(jù)信號(hào)幅值和相位計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)應(yīng)用粗精雙通道卦限判別和組合糾錯(cuò)技術(shù)提高測(cè)量角度精度，最后將組合后的結(jié)果作為真實(shí)值由LCD顯示?？傮w設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示：

雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器作為軸角測(cè)量元件，一般與轉(zhuǎn)軸同軸安裝，它相當(dāng)于一臺(tái)的1：1旋轉(zhuǎn)變壓器和一臺(tái)1：n的旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)合體。當(dāng)粗級(jí)旋變轉(zhuǎn)過(guò)1圈時(shí)，精級(jí)旋變則轉(zhuǎn)過(guò)n圈，精級(jí)的1圈(360°)表示真實(shí)軸角角度的1個(gè)360°/n。數(shù)據(jù)組合時(shí)，由粗級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算真實(shí)軸角所在區(qū)間，由精級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算出該區(qū)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(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(shí)值；Dc為粗級(jí)數(shù)據(jù)；Dj為精級(jí)數(shù)據(jù)。設(shè)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(qū)間。在本設(shè)計(jì)中采用1：32的轉(zhuǎn)速比。
將O°～360°劃分為32個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間為11．25°。真實(shí)軸角D落入哪個(gè)區(qū)間，可用esc(粗級(jí)正弦輸出)、ecc(粗級(jí)余弦輸出)計(jì)算出Dc來(lái)得到。而后再用esj(精級(jí)正弦輸出)、ecj(精級(jí)余弦輸出)計(jì)算出Dc得到落入該區(qū)間的精確值(具體計(jì)算方法將在軟件設(shè)計(jì)部分給出)。由此，本設(shè)計(jì)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(jí)軸角組合原理是建立在粗讀數(shù)整數(shù)部分不能有差錯(cuò)的基礎(chǔ)上的，而實(shí)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(jí)的理想配合：當(dāng)Dj在兩個(gè)區(qū)間的上(下)邊界附近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)粗級(jí)讀整數(shù)與真實(shí)軸角D所在區(qū)間多“1”或者少“1”(“1”即360°／n，本設(shè)計(jì)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(jí)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(lái)達(dá)到絕對(duì)避免這種誤差是不可能的(只會(huì)減少產(chǎn)生這種差錯(cuò)的機(jī)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(cuò)判決條件來(lái)實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)，判決條件的基準(zhǔn)值η由裝置的測(cè)量精度決定，它是裝置糾錯(cuò)能力的具體表示。本設(shè)計(jì)中取粗級(jí)單個(gè)區(qū)間長(zhǎng)度的一半作為基準(zhǔn)值，即此時(shí)η＝6．125°。實(shí)現(xiàn)過(guò)程將在軟件設(shè)計(jì)中給出。