原标题：基于C8051F021的双通道轴角测量实验装置的设计方案

基于C8051F021混合型单片机和LM324N放大器的双通道轴角测量实验装置的设计方案，主要涉及到硬件设计、软件编程以及信号调理等方面。以下是一个详细的设计方案：

一、硬件设计

1. 核心控制单元

• 选用单片机：C8051F021混合型单片机，该单片机内置集成12位ADC与DAC，支持C语言编程，便于实现激励信号产生、正余弦信号测量及轴角计算。

• 接口配置：利用C8051F021的AIN0.0-AIN0.3四个端口作为单端输入口，用于接收旋转变压器输出的四路信号（两路正弦和两路余弦）。

2. 旋转变压器

• 双通道旋转变压器：作为轴角测量元件，一般与转轴同轴安装。它相当于一台1:1旋转变压器和一台1:n旋转变压器的结合体。

• 转速比：在本设计中采用1:32的转速比，即将0°～360°划分为32个区间，每个区间为11.25°。

3. 信号调理电路

• LM324N放大器：用于对旋转变压器输出的双极性电压信号进行调理，转换为0～2.4V的正极性电压信号，以满足ADC采样要求。

• 电路组成：包括集成运放LM324N、可变电阻R3（用于调节电压增益）、隔直电容C3、滤除高频噪声的电容C1等。

• 后级放大电路：采用乙类双电源互补对称功率放大电路，C4、C5为去耦电容，二极管D1、D2用于克服交越失真。

4. 激励信号产生

• D/A转换：利用C8051F021的12位D/A转换器产生激励信号。通过查正弦函数表的方法，经过D/A转换成模拟量而输出正弦波。

• 频率控制：波形的频率可以通过改变定时器的初值来控制。

二、软件设计

1. 软件模块

• 主模块：负责整体流程控制。

• 激磁信号产生模块：通过D/A转换器输出模拟的激磁信号。

• 双通道角度信号采集转储模块：采集旋转变压器输出的正余弦信号，并进行存储。

• 双通道角度计算与纠错模块：根据采集到的信号计算轴角，并通过粗精组合及纠错技术提高测量精度。

• 键盘显示模块：用于输入控制指令及显示测量结果。

2. 角度计算与纠错

• 粗精组合：由粗级数据计算真实轴角所在区间，由精级数据计算出该区间的精确值。

• 纠错技术：采用一个循环和一个纠错判决条件来实现纠错，判决条件的基准值η由装置的测量精度决定。在本设计中，取粗级单个区间长度的一半作为基准值，即η=6.125°。

3. 编程实现

• 编程语言：利用C语言编程，实现程控。

• 计算流程：先确定角度的卦限，然后根据正余弦值之商（即正切）来匹配角度值。

三、系统测试

• 实验测量：利用该装置进行实际测量，验证测量值与真实值的误差是否在允许范围内。

• 纠错检测：选取易出错的特殊角度（如0°、90°、180°、270°）进行纠错检测，确保装置的纠错能力。

四、总结

本设计方案基于C8051F021混合型单片机和LM324N放大器，通过硬件与软件的结合，实现了双通道轴角的精确测量。该装置具有高精度、抗震动、高可靠性等特点，适用于工业控制和武器控制系统等设备中。同时，该设计方案具有较强的灵活性和可扩展性，可根据实际需求进行调整和优化。