基于单片机的数字电压表的设计

目录摘要 第2章系统方案论证与比较2.1系统预期性能及目标根据毕业设计的设计要求，本设计要完成的性能指标如下：1、12V直流输入，输出120V/60Hz或者220V/50Hz的标准正弦电压，电压幅度波动范围3%以内，频率波动范围5%以内；2、输出功率100W左右；必须有电源和负载保护电路。3、同时做到精确度高，稳定度好，测量误差小，操作和调试方便，可长时间工作。2.2系统方案的比较与选择本设计采用单片机与电路相结合的方案，工作过程是先由单片机系统产生pwm（脉冲宽度调制）信号和spwm（正弦曲线脉冲宽度调制）信号，再由pwm信号驱动boost升压电路进行直流升压，再将升压后的直流电通过单片机系统产生的spwm信号驱动的全桥逆变电路进行逆变，最后将逆变后的交流电进行滤波消除部分纹波，若电路出现问题，则有电源和负载保护电路检测电路断开电路并提醒。这种方案灵活多变，输出稳定，可靠安全，可塑性强，电路完善，能根据不同的设计要求有不同的改变方式；除了这些优点之外，这种设计模式还便于进一步扩展其他功能。2.2.1单片机芯片的选择单片机芯片有80C51、80C52、MSP430、STM32等多种选择方式，在本设计说明中，单片机芯片主要功能是选择逆变电路、产生pwm信号和spwm信号。工作过程中，单片机只需根据单片机内置的定时器进行计数并翻转电平即可，对单片机的速度要求有一定的要求，以上芯片均可以实现设计要求。所以本设计采用的芯片是使用石英晶体晶振产生12Mhz定时器频率的80C51单片机芯片。2.2.2升压电路的选择在设计中，我们开始可以选择的变压电路有变压器、buck电路、boost电路和buck-boost电路，但是根据设计要求，我们需要设计的是一个并不是很大的逆变器，因此首先排除先进行逆变再通过变压器升压的方法，一是因为变压器线圈的体积较大，二是这种方法需要进行的滤波次数较多，因此使用的元器件较多，消耗的功率也多，容易造成不必要的浪费，而且出错不容易进行查找，所以我们采用电路体积较小的直流变压电路先进行直流升压再进行逆变。另外，我们需要将12V的直流电逆变为120V或者220V，因此需要的是升压电路，所以可以排除降压的buck降压电路，而且从升压的幅度可以看出，我们升压的幅度很大，因此排除变压幅度较小、变压比较准确的buck-boost升/降压电路。同时boost升压电路可以达到十几倍的升压比，这是其他变压电路无法比拟的，而且boost升压电路也更加稳定，简单和廉价，因为它仅由一个电感、一个电容、一个功率场效应三极管（mosfret）和一个二极管构成。这也是选择它的主要原因。2.2.3逆变电路的选择因为我们在逆变中主要的参数为电压，所以采用电压型逆变电路。根据输出端口的不同，又分为三相逆变电路和单相逆变电路，因为我们仅有一个输出端口，因而采用单相逆变电路。而电压型逆变电路主要有半桥逆变电路，全桥逆变电路，推挽电路。虽然半桥逆变电路较为简单，但因为逆变的电压幅值较大，所以在半桥逆变电路和全桥逆变电路中我们选用输出电压幅值比半桥逆变电路输出电压幅值高一倍的全桥逆变电路。虽然推挽电路的器件承受电压比全桥高一倍且元器件比全桥少一半，但开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波器的体积较大。因此采用单相全桥逆变电路。2.2.4滤波电路的选择我们使用的滤波器主要有LC低通滤波器、RC高通滤波器、RLC滤波器以及带通滤波器等这几种。因为我们产生的交流电的频率仅有50hz和60hz这两种，相对来讲这个频率偏低，而且我们需要产生纹波不大于百分之三，而纹波的频率基本都很高。因此我们需要采用的是低通滤波器。而能达到的滤波器有LC低通滤波器、RLC滤波器以及带通滤波器，但是较为简单的LC滤波器就能完成纹波不大于百分之三，因此其余比较复杂的两种就不必考虑了。因此采用LC低通滤波器。2.2.5电源和负载保护电路的选择电源和负载保护电路主要有这几种：防短路、防过压、防欠压、防过热等。因为逆变器的主要指标在于稳定、高效和持久，因此电路长时间的运作中存在的主要问题是SPWM信号故障导致电路的过压、欠压和长时间运作导致的电路过热，因此采用欠压、过压和过热保护电路。。第3章硬件设计3.1硬件总体结构本设计系统的硬件电路整体结构图如图3-1所示。输出Boost升压电路输出Boost升压电路Pwm单片机12v输入选择选择输出220v50hz/120v60hzLC低通滤波器spLC低通滤波器spwm全桥逆变电路欠压，过压和过热保护电路欠压，过压和过热保护电路图3-SEQ图\*ARABIC1硬件整体结构图3.2单片机控制系统3.2.180C51芯片简介在本设计中我们所采用的核心芯片是80C51。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。80C51的主要特点如下：1、可选6个时钟通过软件或并行编程器2、64K字节ROM和64K字节RAM3、时钟可停止和恢复4、6时钟模式时为0到20MHz5、12时钟模式时为0到33MHz6、可编程时钟输出7、12M晶振频率主要引脚及功能如表3-1所示。80C51芯片如图3-2所示。表3-1AT89C52主要引脚及其功能管脚功能简介RST/Vpd（9脚）复位端口VCC（40脚）和VSS（20脚）电源正负极P0口输入、输出P1口输出、接收P2口输入、输出P3口输入、输出3.2.2单片机最小系统单片机的最小系统是指可以用最少数量的部件构成的单片机可以操作的系统，单片机最小系统的特点是：系统资源完全开放，能配合其他模块或自行搭建用户电路可实现任意实验功能，接口灵活，使用方便，板上电路简洁实用。单片机最小系统主要由两部分构成。第一部分是复位电路。复位电路由单片机复位引脚RST上的外部电阻和电容构成。只有复位电平持续两个周期以上的时间时，复位才会有效。通过RC电路可以计算出时间常数的值。RST脚在系统上电时会出现高电平，这个高电平的持续时间有电路的RC值来决定。所以,在一个单片机的设计系统中,必须选取适当的RC值,这样才能保证电路进行可靠的复位。第二部分为时钟电路。单片机系统的基本时钟信号是由单片机的晶体振荡器提供的。在通常情况下，为了使单片机的各个部分保持同步，一个单片机的整个系统会用一个晶振。如果单片机提供的时钟频率越高,那么这个单片机的运行速度就会越快。在这个数字电压表的设计中，所使用的晶体振荡器采用11.0592MHz的频率。图3-3为本设计中单片机最小系统的电路图。图3-280C51芯片模型图3-3单片机最小系统电路图3.3boost升压电路3.3.1boost升压电路的基本结构Boost升压电路主要由一个功率场效应三极管（MOSFRET）、一个电容、一个二极管和一个电感所构成。其中功率场效应三极管由pwm信号控制。其主要负责将直流输入的电压升至交流输出电压的幅值以上，因为输出电压一般为有效值，而逆变电压要求至少在幅值以上才能正常逆变为相应的输出电压。充电过程：开始时电路视为理想状态，电容，电感均不储存能量，然后场效应三级管导通，此时场效应三极管视为导线，电流流过电感，电感开始充电，电感上的电流以一定比率增加，比率与电感大小有关，随着电感上的电流增加，电感上储存了一定的能量，二极管防止电容对地放电。放电过程：此时场效应三级管截至，场效应三级管视为短路，由于电感的电流保持特性，电感上的电流不会产生突变，而原本的放电路线已然断开，电感只能寻找新的放电路线，此时电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电容两端电压高于输入电压，成功完成升压。图3-4boost升压电路3.3.2boost升压电路的选择因为220V交流电的幅值为220*1.414=311.08V，所以我们此次升压至少要从12V升至311.08V，这次的升压比达到了二十几倍，而在boost升压电路的应用中，一般升压比最高为十倍，因为十倍的时候，pwm信号的占空比为0.9，若比这个倍数要高，则不方便产生相应的pwm信号，容易出错，波形也不太好，这对于我们的保持在百分之三的纹波以内的要求来说是不行的。因此对于12V升至220V我们需要采用双boost升压电路级联的方法来达到这一要求。而对于12V升至120V，刚好十倍的升压比，单boost升压电路即可完成。图3-5双boost升压电路级联3.3.3boost升压电路的参数计算首先我们需要明确该boost升压电路工作在连续模式（CCM）。断续模式（DCM）与连续模式（CCM)是开关电源最常用的两种工作模式。当初级开关管导通前，初级绕组还存在能量，不完全传递到次级，这种情况就叫连续模式。若初级绕组能量完全传递到次级，则为断续模式。那两种工作模式各有什么优缺点呢？连续模式（CCM）1、优点初级峰值电流相对较小，但会叠加较大的直流成分，需要增加气隙以防止变压器饱和；占空比跟输出的电流大小无关，故适合于负载电流变化较大的场合；对次级输出的电容要求相对较低，有利于降低电容的容量与体积。2、缺点次级整流二极管存在反向恢复的问题，从而引起发热与EMI问题；反馈补偿复杂，存在右半面零点的问题；需要较大的磁芯与较多的初级匝数。断续模式（DCM）1、优点因为初级开关管开通前，次级整流二极管就已经关闭，所以不存在反向恢复的问题；反馈补偿容易，不存在右半面零点的问题，所以负载电流突变引起的瞬态响应更快，动态好，过冲也不会太高。2、缺点所有功率元器件承受的峰值电流都比较大，电流的有效值也大，在一定程度上会影响电路的效率；大的di/dt会带来EMI问题；因为占空比跟输出的电流大小有关，要得到稳定的输出，必定有个最小负载的问题；对次级输出的电容要求也更高，否则会有很大的纹波问题。所以一般输出功率小或输出电流小的电源适合采用DCM工作模式。功率大或输出电流大的则适合用CCM模式。一般是低压工作在CCM模式，高压工作在DCM模式，这是较理想的选择。因此我们这里采用连续模式。电感的计算：根据Boost电路输出电压表达式可得PWM占空比：D=1临界电流：为使电路工作在CCM状态，有IoL>电容的计算：取输出电压纹波小于3%，即：△C>3.4单相全桥逆变电路3.4.1单相全桥逆变电路主要特性单相全桥逆变电路主要采用桥式接法，其电路结构主要由四个桥臂所组成，其中每一个桥臂都由一个全控器件MOSFET和一个反向并接的续流二极管组成，在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。而其中1、3桥臂为一对，2、4桥臂为一对，其每对桥臂接受到的spwm信号相同，而不同对桥臂之间的spwm信号相反，或称为相位落后90度。由于采用功率场效应晶体管(MOSFET)来设计,如图的单相桥式电压型无源逆变电路，此设计为电阻负载，RLC负载中电感、电容的值设为零。此电路由两对桥臂组成，V1和V4与V2和V3两对桥臂各导通180度。再加上采用了移相调压法，所以VT3的基极信号落后于VT1的90度，VT4的基极信号落后于VT2的90度。因为是电阻负载，故晶体管均没有续流作用。输出电压和电流的波形相同，均为90度正值、90度零、90度负值、90度零....这样一直循环下去。图3-7单相全桥逆变电路3.4.2单相全桥逆变电路的参数计算工作频率：f=1截止频率：Q=我们可以将截止频率设为比50hz/60hz高一点，仅使得我们要输出的交流电输出，以滤除其他不必要的信号和噪声。将工作频率设为50hz/60hz。这样我们已知频率和截止频率，通过两个方程，两个未知数，因此可以求出电感和电容的值。3.5LC滤波电路滤波电路如图3-8所示：图3-8滤波电路因为在该电路中，滤波电路仅用来使交流输出更加平滑，因此对于元器件的要求并不是很严格，因此使用比较简单的RC滤波电路就足以完成这个任务。因为电容的通交流电阻碍直流电的特性（频率越高越容易通过电容，频率越低越难通过电容），高频率的噪音和毛刺会通过电容对地放电消失，而较低频率的信号则会因为无法通过而正常输出。3.5.1LC低通滤波器的参数计算工作频率：f=截止频率：Q=输出滤波电容计算由输出电压纹波小于3%得：△C>3.6欠压、过压和过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的.上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明，电子元器件温度每升高2°C，可靠性下降10%,温升50°C时的工作寿命只有温升25°C时的1/6,为了避免功率器件过热造成损坏，在开关电源中亦需要设置过热保护电路。如图是仅用一个4比较器LM339及几个分立元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。取样电压可以直接从辅助控制电源整流滤波后取得，它反映输入电源电压的变化，比较器共用一个基准电压,N1.1为欠压比较器，N1.2为过压比较器，调整R1可以调节过、欠压的动作阈值。N1.3为过热比较器，RT为负温度系数的热敏电阻，它与R7构成分压器，紧贴于功率开关器件场效应三极管（mosfret）的表面，温度升高时，RT阻值下降,适当选取R7的阻值，使N1.3在设定的温度阈值动作。N1.4用于外部故障应急关机，当其正向端输入低电平时，比较器输出低电平封锁PWM驱动信号。由于4个比较器的输出端是并联的，无论是过压、欠压、过热任何一种故障发生，比较器输出低电平,封锁驱动信号使电源停止工作,实现保护。如将电路稍加变动，亦可使比较器输出高电平封锁驱动信号。图3-10过压、欠压和过热保护电路图第4章软件设计4.1程序设计总方案基于单片机的数字电压表的程序主要划分为三个模块，分别是主程序、spwm（1）信号产生程序、spwm（2）信号产生程序、pwm(1)信号产生程序和pwm（2）信号产生程序。各模块的具体设计将在4.2章中详述。4.2系统子程序设计4.2.1主程序主程序首先是进行程序的初始化,然后再调用pwm（1）或pwm（2）信号产生程序，最后调用spwm（1）或spwm（2）信号产生程序。主程序流程图如图4-1所示。初始化就是设定单片机内部组件或者扩展芯片的初始工作状态，初始化子程序的主要工作就是设置定时器的工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等等[15]。开始开始初始化初始化选择选择PwmPwm（2）信号Pwm（1）信号SpwmSpwm（1）信号Spwm（2）信号结束结束图4-1主程序框图4.2.2PWM信号产生子程序利用我们事先计算好的占空比和频率，我们可以很容易计算出高电平和低电平持续的时间，换算成十六进制，使得单片机定时器计数到指定的数时对电平进行一次跳变，由高电平跳变为低电平或由低电平跳变为高电平。提前设定好高电平和低电平的数值。开始开始初始化初始化定时器开始计数定时器开始计数延时延时否是否计数到指定数目是否计数到指定数目是电平跳变电平跳变否输出输出是否计数完毕是否计数完毕是结束结束图4-3pwm信号产生流程图4.2.3SPWM信号产生子程序spwm信号由三角波与正弦波的比较而产生。通常正弦波为我们需要输出的交流电的波形。如：需要输出220v50hz的交流电，则正弦波为：y=220而三角波的幅值与正弦波一致，但频率为正弦波的20倍或40倍。传统的计算方式过于麻烦和耗费时间，我们可以利用matlab构建函数，求出一个周期内的各个交点，将这些交点的时间转化为十六进制并导入单片机，令单片机内的定时器计数到指定数目时使电平翻转，反复输出这些信号即可得到spwm信号。Spwm信号产生流程图基本与pwm信号产生流程图一致。第5章仿真调试5.1软件调试软件调试的目的主要是排查错误，这些错误主要包括逻辑和功能性错误，其中有些错误是明确的，有些是隐形的，这些都可以通过仿真逐步发现并纠正。在这个基于单片机的数字电压表的设计中,我使用的仿真软件是matlab、Keil和Proteus这两个仿真软件。系统电路图的绘制和系统仿真是采用Proteus软件，C语言程序用Keil软件编写调试并把程序烧入单片机中。程序调试：图5-1软件调试结果图5.2电路调试电路调试在Proteus软件中进行，Proteus包含了完整的仿真功能，拥有较强的仿真能力。利用仿真功能测试设计的电路是否可以正常工作。通过运行matlab程序计算各个交点的时间和持续时间以及定时器初值的十六进制数为：第1交点是:(0,0)第2交点是:(0.00097685,0.24167)，第2与1点电平持续时间0.00097685ms,定时器初值:FC2F第3交点是:0025405,0.57283)，第3与2点电平持续时间0.0015636ms,定时器初值:F9E4第4交点是:(0.0029758,0.64361)，第4与3点电平持续时间0.00043531ms,定时器初值:FE4D第5交点是:(0.0048886,0.79952)，第5与4点电平持续时间0.0019128ms,定时器初值:F887第6交点是:(0.0051114,0.79952)，第6与5点电平持续时间0.00022276ms,定时器初值:FF21第7交点是:(0.0070242,0.64361)，第7与6点电平持续时间0.0019128ms,定时器初值:F887第8交点是:(0.0074595,0.57283)，第8与7点电平持续时间0.00043531ms,定时器初值:FE4D第9交点是:(0.0090232,0.24167)，第9与8点电平持续时间0.0015636ms,定时器初值:F9E4第10交点是:(0.01,0)，第10与9点电平持续时间0.00097685ms,定时器初值:FC2F第11交点是:(0.010977,-0.24167)，第11与10点电平持续时间0.00097685ms,定时器初值:FC2F第12交点是:(0.01254,-0.57283)，第12与11点电平持续时间0.0015636ms,定时器初值:F9E4第13交点是:(0.012976,-0.64361)，第13与12点电平持续时间0.00043531ms,定时器初值:FE4D第14交点是:(0.014889,-0.79952)，第14与13点电平持续时间0.0019128ms,定时器初值:F887第15交点是:(0.015111,-0.79952)，第15与14点电平持续时间0.00022276ms,定时器初值:FF21第16交点是:(0.017024,-0.64361)，第16与15点电平持续时间0.0019129ms,定时器初值:F887第17交点是:(0.01746,-0.57283)，第17与16点电平持续时间0.00043531ms,定时器初值:FE4D第18交点是:(0.019023,-0.24167)，第18与17点电平持续时间0.0015636ms,定时器初值:F9E4第19交点是:(0.02,0)，第19与18点电平持续时间0.00097685ms,定时器初值:FC2F由MATLAB计算结果可以得出下表:十进制电平时间间隔表:.97615634351912222191243515639769761563435191222219124351563976十六进制定时器初值表:FC2FF9E4FE4DF887FF21F887FE4DF9E4FC2FFC2FF9E4FE4DF887FF21F887FE4DF9E4FC2F将这些数值代入单片机得到以下的spwm波下图为：12v直流电输入，逆变为220v50hz交流电输出时各个模块的输出。图5-2电路图图5-3单片机产生spwm波图5-4pwm波图5-5三角波和spwm波图5-6boost升压电路输出图5-7驱动单相全桥逆变电路四个场效应三极管的spwm信号图5-8220v50hz交流电输出第6章总结与展望6.1总结在多次地查找资料，反复计算和实验之后算是有了个比较不错的结果，能够达成12v直流电逆变为220v50hz的交流电吗，其中双boost级联是我之前没有想到的，因而卡了很久，过高的升压倍率使得波形较为难看，滤波也难以纠正，好在后面及时想到了这种方法，而逆变电路的spwm波一开始打算采用正弦波和三角波进行比较的方式来进行产生，后来发现在电路中正弦信号发生器和三角波产生器无法像仿真一样直接产生，后改为单片机来产生，电源和负载保护电路一开始只考虑到了电路长时间工作导致的过热的情况，仅采用了一个热敏电阻来进行保护，后面意识到电路存在的问题可能不止这些，便加入了欠压和过压保护。在设计的完成过程中，我们综合应用了多门所学的课程，包括了《单片机原理及应用》、《C语言程序设计》、《数字电子技术基础》和电路基础等课程知识，完成了基于单片机产生的spwm信号驱动逆变器这一设计；但是也发现了许许多多的问题，原本认为没有问题的单片机反而成为了最大的阻碍，这点值得反思，原本学的挺好的一门课，最终居然忘得差不多了，实在是不应该。而且基于逆变器有许多种设计方案，经过深入分析和比较以后选用了此设计方案，涉及了多方面的技术知识，综合应用了单片机、C语言编程、电路等相关技术，具有一定的综合性，本设计解决了传统的逆变器的大体积、不稳定和应用性小等问题，本设计能根据不同的逆变要求要求进行扩展，解决了产生不同交流电输出这一问题，本设计成本支出少，有用成果多，经济效益较好。6.2展望在多次地查找资料，反复计算和实验之后，终于完成了对DC/AC系列电源逆变器的智能化的设计，但若要实现更多的逆变，进一步优化逆变器，可还以进行如下修改完善方法：1.目前仅能逆变12v输入的直流电源，未来可以加入更多不同的直流输入。2.目前仅能输出220v50hz和12060hz两种交流电，后续可以加入更多可供输出的交流电。3.单片机还有很多功能没用到，有点大材小用，成本可以进一步缩小。4.还有些较小的纹波无法消除，可以采用滤波效果更好的滤波器实现更平滑的输出。5.没来得及研究场效应三极管的死区效应，最后的波形不是很好，还可以进行改进。6．3毕业要求指标点达成情况分析本设计达成毕业要求指标点情况如表6-1所示。表6-1毕业设计达成毕业要求指标点情况自评表达成情况自评等级5-完全达成；4-达成；3-基本达成；2-未达成；1-完全未达成毕业设计教学大纲的能力指标点本毕业设计对该项能力指标点的具体体现达成情况自评1、工程知识：能将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决电子技术、智能控制、信息通信、系统集成或单位信息化建设等领域的复杂工程问题。本设计用到了C语言编程技术、数字电路技术、单片机控制技术和数据处理相关专业知识解决DC/AC系列电源逆变器的智能化设计。具体是要深入了解逆变器的功能和特点以及基于单片机的spwm信号产生的原理(4.2，P17)，了解boost升压电路的工作方式和工作原理（3.3，P8-9），了解80C51芯片的特点和能力（3.2，P5-6），了解单相全桥逆变电路的工作方式和工作原理（3.4，P10-11），灵活运用C语言程序编写程序（4，P15-17）。32-2能够对复杂工程问题所涉及的内容进行文献检索、整理和研究本设计参考了28篇参考文献，涵盖了近十多年来国内外对于逆变器的研究，发现了基于单片机的逆变器与传统的逆变器相比有许多优点，传统的逆变器功能简单、逆变能力单一，而基于单片机产生的spwm信号的逆变器的逆变能力多样（3.5，P5）、安全不易损坏(3.6，P13)。收集资料过程中发现单片机芯片、升压电路、逆变电路、保护电路和滤波电路都有多种选择（3，P5-13），需要对各类芯片的功能进行了解，再根据设计的性能要求进行选择。33-1能根据需求确定设计目标，提出合理的解决方案市场上繁多的电源种类，和参差不齐的各类物品的产品性能，使得逆变器需要逆变的直流电和需要输出的交流电各有不同，这就使得单一的逆变器无法适用于广泛的场合，因此我们可以设计一个基于单片机的可以改变输出电压和频率的逆变器，本设计将详细介绍此类电源逆变器的设计方法和工作原理，在芯片选择中采用MCS-51单片机产生pwm（脉冲宽度调制）信号和spwm（正弦曲线脉冲宽度调制）信号，能够将12v直流电逆变为220v50hz的交流电或者120v60hz的交流电。（1.1，P1）43-3能够进行系统结构组成设计和参数计算在设计大体规划和预研究逆变器的基础上选择主要芯片及设计方案（2.2，P3），基于设计要求设计电路图结构的基础框图，再对电路的细节进行修改优化，对电路图进行仿真建模，并对输入输出电压值进行对比，不断优化各个电路子模块的设计，从最开始的只能实现固定的电压逆变和不太好的波形，到优化后两种逆变方案，输出波形较为平滑。能够将12v直流电逆变为220v50hz的交流电或者120v60hz的交流电。33-4能够集成单元过程进行流程设计，对流程设计方案进行优选，体现创新意识在设计大体规划和预研究逆变器的基础上选择主要芯片及设计方案（2.2，P3），基于设计要求设计电路图结构的基础框图（4.1，P15），再对电路的细节进行修改优化，对电路图进行仿真建模，并对输入输出电压值进行对比，不断优化各个电路子模块的设计，从最开始的只能实现固定的电压逆变和不太好的波形，到优化后两种逆变方案，输出波形较为平滑。能够将12v直流电逆变为220v50hz的交流电或者120v60hz的交流电。33-5能够用图纸、报告等形式呈现设计成果本设计说明书在介绍硬件结构图（3.1，P5）、程序流程图（4，P15-17）时，都采用了框图的形式，在处理测量数据时，采用了丰富的图表进行显示，并能对图表呈现的结果进行说明与处理，对比图表曲线进行研究分析（5，P18-24）。37-2能针对实际的工程项目，分析并判断产品周期中可能对人类和环境造成损害的隐患，并对污染源处置方案和安全防范措施做出评价本设计在仿真中进行设计，不会产生污染物、电磁污染。在计算机中通过仿真实现逆变器的这一设计，该信息资源不会对人类身心健康造成破坏、损坏或其他不良影响，不会造成信息污染。49-3能够在多学科背景下的团队中承担团队负责人角色，能组织成员开展工作并发挥管理能力本工程设计中，需要运用到多个学科的专业知识，这能使我们更加灵活运用所学过的课程与知识，能将学过的知识学以致用，而不是学一门新的学科后就忘记之前学过的学科；遇到一些问题不能独自解决时，需要向同学、老师咨询，请求他们帮忙指导，团队中各成员是互帮互助的关系；能在团队竞争中迅速成长。310-1具有英语听说能力；具备英语专业文献的阅读理解能力，具备一定的国际视野，能在跨文化背景下进行沟通与交流AT89C52器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统；研究过AT89C52的英文版说明书，并对与工程相关的外文文献进行了翻译，并将设计的摘要翻译成了英文，在翻译过程中涉及到了许多专业词汇，需要查阅专业英语相关书籍，进一步阅读了科技英语这本专业英语书；除此之外还查阅了国外关于数字电压表的研究现状。（1.2，P1-2）。310-2了解电子信息工程专业相关领域的科学技术及发展动态，能与业界同行及社会进行有效沟通与交流设计之初了解了本课题的的研究背景，包括不同单片机芯片的差别，升压电路的分类，不同逆变电路的优缺点等，目前国内外关于逆变器的研究现状（1.2，P1）。在设计过程中，在单片机设计贴吧，相关论坛上与一些专业人士进行交流，在各个模块如何选择时（2，P3-4），查阅了一些专业人士的发表的参考论文、文章和期刊。310-3具备撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令的能力通过前期一系列的研究、设计、改进和分析工作后，总结撰写了题为《DC/AC系列电源逆变器的智能化》近10000字的设计文稿，着重展示工作原理分析，各电路的选择和设计（2、3，P5-13）、各子程序的设计（4.2，P3-13）。311-2能在工程项目方案设计中考虑时间及成本管理、质量及风险管理、人力资源管理在电路图整体面积设计以及器件类型和占用平面面积的大小都与成本有关，性能越好的器件当然有助于提升系统整体的精度和效率，但也会是成本有所增加（2.2.2，P3），对器件进行优化选择，如商用电阻具有不同容差。具有0.1%容差的电阻可确保更高的调节精度，但是它们的价格高于容差为1%电阻，存在成本与效率的冲突。312-1能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终身学习的意识通过本课题的设计，在大量收集资料的过程中我发现学科之间交融性很大，而个人的能力和阅历都相当有限，这就需要我们不断地广泛地主动地收集相关资料，提炼出新的解决方法，借助新兴软件平台，进行多方案对比优化，分析可能产生的冲突点，不断改进方案，必要时进行协同合作（2，P3-4）。312-2掌握自主学习的方法，了解拓展知识和能力的途径，适应发展从开题到设计再到最终的定稿，都离不开时间、精力的分配，本设计进展良好，得益于在课题开展之初做好了合理的进度安排，目前在规定的时间内已完成所规化的任务。在进行多方案对比设计和冲突点分析时需要收集大量的资料时，发现各大论文网站，电子资源学习网站都是不错的资源来源之地。除此之外，还掌握了如何使用联合搜索、高级搜索等来帮助自己寻找所需的资料（1.1，1.2，2.2，P1-4；）。3参考文献[1]马家辰.MCS-51单片机原理及接口技术实验[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1997:31~34.[2]赵静,刘少聪,丁浩等.基于单片机的数字电压表设计[J].数字技术与应用.2011，06:121-125.[3]杨建成.基于单片机的数字电压表设计与仿真[J].现代电子技术.2012,21:170-172.[4]李建忠.单片机原理及应用(第三版)[M].西安：西安电子科技大学出版社,2013.[5]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社2008.[6]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：高等教育出版社,2006.[7]杨居义.单片机案例教程[M].北京：清华大学出版社，2015.[8]张丽娜、刘美玲、姜新华.51单片机系统开发与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.[9]陈海宴.51单片机原理及应用：基于KeilC和Proteus[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.[10]林占江.电子测量技术[M].北京：电子工业出版社，2011.[11]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.[12]胡健.单片机原理及接口技术[M].北京：机械工业出版社，2004.[13]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2005.[14]于殿泓、王新年.单片机原理与程序设计实验教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.[15]边春远、王志强.MCS-51单片机应用开发实用子程序[M].北京：人民邮电出版社，2005.[16]魏力峰.单片机原理及应用技术[M].北京：北京大学出版社，2005.[17]赵茂泰．智能仪器原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2002.[18]谢维成．单片机原理与应用及C51程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2009.[19]李朝青．单片机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，2009.[20]张洪润、易涛.单片机应用技术教程[M].清华大学出版社，2003.[21]郑锋.51单片机典型应用开发范例大全[M].北京：中国铁道出版社，2011.[22]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.[23]邱关源，罗先觉。电路。5版。北京：高等教育出版社，2006。[24]王松林，吴大正，李小平，王辉。电路基础。第三版。西安电子科技大学出版社，2008。[25]王水平，史俊杰，田庆安。开关稳压电源。修订版。西安电子科技大学出版社，2005。[26]李正军，杨修文，叶任宇。DC/AC系列电源逆变器的智能化设计。(1.山东大学,济南250061;2.华天科技股份有限公司,济南250061)[27]杨恢先，黄辉先。单片机原理及应用。湘潭大学出版社。[28]YasarBirbir,KanerYurtbasi,VolkanKanburoglu.Designofasingle-phaseSPWMinverterapplicationwithPICmicrocontroller.EngineeringScienceandTechnology,anInternationalJournal致谢大学即将结束，在毕业设计里，我发现自身还有许多的问题，以前相当拿手的课程的知识竟然大部分都忘了。毕业设计是我们在大学里最后的一次深入的学习，一次独立的，探索的，勤奋的学习，我看到了许多平时见不到的知识，原来需要学习的不只是课本上的内容，在书本之外，在学校之外还有更多需要我们去探索和收获的东西，但他们永远不会主动来寻找你，就像海贼们埋藏的宝藏一样，你只有去找，才有收获。因此在这里，我对当时对还在迷茫的我指引方向和鼓励的鲁光德老师致以诚挚的感谢，也感谢他在选题到学习和设计中对我的悉心教导；另外，也感谢一直以来帮助我的同学；还要感谢湘潭大学培养和教导我的各位老师，感谢你们的这四年来的关怀和付出，同时也要感谢学校的知遇之恩，正因为来到这里才有机会和各位相遇。附录1总电路图附录2元件清单序号品名规格型号单位数量备注1单片机芯片80C51片12电阻484Ω个14电阻1MΩ个15按键开关个16电感100μH个17电感5mH个18电感2mH个19电容0.02F个110电容0.5F个111电容10μF个1附录3程序清单Matl