毕业设计中期报告-基于单片机的电网谐波分析仪设计.doc

中 北 大 学毕业设计中期报告学 生 姓 名：学 号：学 院：计算机与控制工程学院学科管理部：控制工程学科专 业：电气工程及其自动化 设 计 题 目：基于单片机的电网谐波分析仪设计指导教师: 2015年 5月15日毕业设计中期报告学校中北大学专业电气工程及其自动化学生姓名 班级11050442 学号设计题目 基于单片机的电网谐波分析仪设计 本人在该设计中具体 应完成的工作 1）学习查阅相关书籍，技术资料；资料查阅不得少于20篇，其中英文文献不少于5篇； 2）明确课题内容和要求，写出开题报告； 3）完成基于单片机的电网谐波分析仪的整体方案设计； 4）完成系统中各个硬件模块的电路设计与软件设计； 5）绘制电路原理图，制作PCB电路板； 6）翻译相关外文文献资料，不得少于5000字。1、 简述毕业设计开始以来所做的具体工作和取得的进展（要详细内容）具体工作：进行了51单片机的系统学习和软件设计的部分内容，了解了基于单片机的谐波分析方法的综合比较，学习了傅里叶级数的的分解方法以及了解了相关程序的编写，系统学习了Altium Designer10 的电路原理图画法以及PCB板的设计。单片机最小系统包括复位电路、时钟电路、电源电路、外围电路，如图1所示。供电部分：系统供电采用标准的3.5mmDC接口输入，通过线性稳压芯片7805进行稳压处理以后，再供给电路的其他部分。为了方便起见，系统还将输入电源用排针引出，方便用杜拉线进行连接（“2脚”为正极）。电路中接入电源指示LED，R2为LED的限流电阻，SW1为电源开关。如图2所示。复位电路：单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。（1）上电复位：c51系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RESET上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RESET脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。（2）按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。复位电路如图3所示。图1单片机最小系统 图2 供电部分时钟振荡电路：时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式。由于单片机内部带有振荡电路。所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。时钟振荡电路如图4所示。图3 复位电路 图4 时钟振荡电路串行口部分：RS-232是串口的接口标准，为单端输入/输出，要实现与单片机的通信，需将计算机的RS-232电平与单片机的TTL电平相互转换。采用MAX232电源电压转换芯片，可以把TTL电平从0V和5V转换到3V15V或 -3V -15V之间。所以采用此芯片接口的串行通信系统只需要单一的+5V电源就可以了。数据传输过程：MAX232的10脚T2IN接单片机的TXD端P3.1，TTLdiaper从单片机的TXD端发出，经过MAX232转换为RS-232电平后从MAX232 的7脚T2OUT发出，再经过交叉串口线连接到计算机RXD端，计算机手段数据。PC机发送数据时从PC机串口的TXD端发出数据，再逆向流向单片机的RXD端P3.0接收数据。串行口部分电路图如图5所示。按键部分：电路采用4*4矩阵式键盘，在修改时钟或设置闹钟时间可以直接从键盘输入，方便、快捷。而独立式按键需设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此，此方案适用于按键较少的情况。且由于按键较少，在修改时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，较为麻烦。单片机检测按键的依据是与按键对应的I/O口是否为低电平。检测时，先给一列送低电平，其余几列全为高电平，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平就可以确认是按下哪一行哪一列的按键。按键部分原理图如图6所示。图5 串行口部分电路原理图 图6 按键部分电路原理图液晶显示：液晶显示器的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合北部灯管构成画面。各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名的，液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但应注意考虑其能承受的温度范围。1602液晶每行显示16个字符，一共可以显示两行，由16列、2行组成。液晶显示的电路原理图如图7所示。51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。图8为DS1302实时时钟电路原理图。图7 按键部分电路原理图图8 DS1302实时时钟原理图2、目前存在问题，下一步的主要研究任务，具体设想与安排（要详细内容）目前存在的问题：（1）实物还没做出来。（2）线路图需要通过实物来验证。（3）对Altium Designer 10软件的认识还不够深，还需学习。下一步工作计划：（1）设计算法，编写程序。（2）焊接电路，实物调试。（3）多与老师和同学交