原標題：基于C8051F021的雙通道軸角測量實驗裝置的設計方案

基于C8051F021混合型單片機和LM324N放大器的雙通道軸角測量實驗裝置的設計方案，主要涉及到硬件設計、軟件編程以及信號調理等方面。以下是一個詳細的設計方案：

一、硬件設計

1. 核心控制單元

• 選用單片機：C8051F021混合型單片機，該單片機內置集成12位ADC與DAC，支持C語言編程，便于實現激勵信號產生、正余弦信號測量及軸角計算。

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

2. 旋轉變壓器

• 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1:1旋轉變壓器和一臺1:n旋轉變壓器的結合體。

• 轉速比：在本設計中采用1:32的轉速比，即將0°～360°劃分為32個區間，每個區間為11.25°。

3. 信號調理電路

• LM324N放大器：用于對旋轉變壓器輸出的雙極性電壓信號進行調理，轉換為0～2.4V的正極性電壓信號，以滿足ADC采樣要求。

• 電路組成：包括集成運放LM324N、可變電阻R3（用于調節電壓增益）、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. 激勵信號產生

• D/A轉換：利用C8051F021的12位D/A轉換器產生激勵信號。通過查正弦函數表的方法，經過D/A轉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器的初值來控制。

二、軟件設計

1. 軟件模塊

• 主模塊：負責整體流程控制。

• 激磁信號產生模塊：通過D/A轉換器輸出模擬的激磁信號。

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

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

• 鍵盤顯示模塊：用于輸入控制指令及顯示測量結果。

2. 角度計算與糾錯

• 粗精組合：由粗級數據計算真實軸角所在區間，由精級數據計算出該區間的精確值。

• 糾錯技術：采用一個循環和一個糾錯判決條件來實現糾錯，判決條件的基準值η由裝置的測量精度決定。在本設計中，取粗級單個區間長度的一半作為基準值，即η=6.125°。

3. 編程實現

• 編程語言：利用C語言編程，實現程控。

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

三、系統測試

• 實驗測量：利用該裝置進行實際測量，驗證測量值與真實值的誤差是否在允許范圍內。

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

四、總結

本設計方案基于C8051F021混合型單片機和LM324N放大器，通過硬件與軟件的結合，實現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，適用于工業控制和武器控制系統等設備中。同時，該設計方案具有較強的靈活性和可擴展性，可根據實際需求進行調整和優化。