基于單片機(jī)的語音播報萬用表設(shè)計(jì)

1.引言

萬用表是一種最常用的電工測量儀表，目前主要使用的有兩種，即模擬以指針萬用表和數(shù)字式萬用表.這 兩種萬用表使用時存在一個共同的問題，就是測量時必須用眼睛觀看被測點(diǎn)和刻度盤或數(shù)據(jù)顯示屏，容易造成在觀測測量結(jié)果時表筆脫離被測點(diǎn)，或者造成表筆金屬 極在相鄰電路上短路.隨著語音技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)字萬用表中增加語音播報功能，為萬用表使用性能的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步開辟了一條新的途徑，有了語音播報數(shù)值功能，可 以告訴測量數(shù)值和單位準(zhǔn)確的確認(rèn)讀數(shù)的結(jié)果，大大減少讀數(shù)出錯的可能.不僅如此，本設(shè)計(jì)通過高精度A/D轉(zhuǎn)換，提高萬用表的測量精度，對其他電子儀器的改進(jìn)有著重要的意義.

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

語音播報萬用表，最主要目的是對萬用表測得數(shù)值進(jìn)行顯示和播放.系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由微處理器模塊.萬用表測量電路.高精度A/D電路.語音電路.顯示電路以及按鍵電路模塊組成，整體框圖如圖1所示.

在圖1 中， 系統(tǒng)微處理器處理器采用AT89S52,它是一種低功耗.高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器， 使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活.超有效的解決方案.萬用表測量電路將各種測量值轉(zhuǎn)化為電壓信號，在通過高精度A/D電路將模擬信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)進(jìn)行算法處理后輸出到顯示電路，LCD顯示測得的電壓值，語音播放電路根據(jù)單片機(jī)算法運(yùn)算后尋找存儲該數(shù)值對應(yīng) 的語音信號進(jìn)行播報.

2.2 高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊

萬用表的實(shí)現(xiàn)采用將各種測量數(shù)值轉(zhuǎn)化為直流電壓值，再將直流電壓值通過高精度A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理及輸出.提高萬用表精度的電壓表的核心提高A/D轉(zhuǎn)換的精度，系統(tǒng)采用16位A/D轉(zhuǎn)換器AD7705將模擬電壓轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字 量，并送入單片機(jī)，單片機(jī)對該數(shù)字量進(jìn)行規(guī)格化處理.

AD7705是16位AD轉(zhuǎn)換器，外接晶體振蕩器.精密基準(zhǔn)源和少量去耦電容，即可連續(xù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn) 換.它采用了Σ-Δ技術(shù)，可以獲得16位無誤碼數(shù)據(jù)輸出.AD7705采用的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器連接，也比并行接口方式大大節(jié)省了 CPU的IO口[3]?采用AT89S52控制AD7705,對橋式傳感信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，能直接將傳感器測量到的微小信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換.該器件還具有高 分辨率.寬動態(tài)范圍.自校準(zhǔn).優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn)，非常適合儀表測量.

采用16位A/D可將測量電壓值精度根據(jù)數(shù)字信號±1的誤差，數(shù)據(jù)輸出公式為，1/65535*5V=0.00007V,也就是說在不改變電壓量程時，可達(dá)到0.1mV的精度.單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換的連接如圖2所示.

2.3 萬用表測量模塊

萬用表測量范圍包括直流電壓.交流電壓.直流電流.交流電流.電阻及電容等參數(shù).為了擴(kuò)大萬用表的測量范圍，增加電阻分流.分壓等功能，該部分設(shè)計(jì)原理基本相同，本設(shè)計(jì)未作改進(jìn).在交直流轉(zhuǎn)換及電阻測量方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，提高測量穩(wěn)定性.

數(shù)字萬用表中交流電壓測量電路是在直流電壓測量電路的基礎(chǔ)上，在分壓器或分流器之后加入一級交流-直流(AC-DC)變換器形成的，主要由集成運(yùn)算放大器.整流二極管.RC濾波器等組成，還包含一個能調(diào)整輸出電壓高低的電位器，用來對交流電壓進(jìn)行校準(zhǔn)之用，如圖3為所示.

系統(tǒng)中的電阻檔采用的是比例測量法，由穩(wěn)壓管ZD提供測量基準(zhǔn)電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電阻0 R和被測電阻X R 的電流基本相等.所以A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓RFE U 和輸入電壓IN U 有如下關(guān)系：