基于單片機的語(yǔ)音播報萬(wàn)用表設計

1.引言

萬(wàn)用表是一種最常用的電工測量?jì)x表，目前主要使用的有兩種，即模擬以指針萬(wàn)用表和數字式萬(wàn)用表.這 兩種萬(wàn)用表使用時(shí)存在一個(gè)共同的問(wèn)題，就是測量時(shí)必須用眼睛觀(guān)看被測點(diǎn)和刻度盤(pán)或數據顯示屏，容易造成在觀(guān)測測量結果時(shí)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(zhù)語(yǔ)音技術(shù)的發(fā)展，在數字萬(wàn)用表中增加語(yǔ)音播報功能，為萬(wàn)用表使用性能的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步開(kāi)辟了一條新的途徑，有了語(yǔ)音播報數值功能，可 以告訴測量數值和單位準確的確認讀數的結果，大大減少讀數出錯的可能.不僅如此，本設計通過(guò)高精度A/D轉換，提高萬(wàn)用表的測量精度，對其他電子儀器的改進(jìn)有著(zhù)重要的意義.

2.系統硬件設計

2.1 系統設計框圖

語(yǔ)音播報萬(wàn)用表，最主要目的是對萬(wàn)用表測得數值進(jìn)行顯示和播放.系統采用模塊結構設計，主要由微處理器模塊.萬(wàn)用表測量電路.高精度A/D電路.語(yǔ)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在系統可編程Flash存儲器， 使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活.超有效的解決方案.萬(wàn)用表測量電路將各種測量值轉化為電壓信號，在通過(guò)高精度A/D電路將模擬信 號轉換為數字信號傳送給單片機，再由單片機進(jìn)行算法處理后輸出到顯示電路，LCD顯示測得的電壓值，語(yǔ)音播放電路根據單片機算法運算后尋找存儲該數值對應 的語(yǔ)音信號進(jìn)行播報.

2.2 高精度A/D轉換模塊

萬(wàn)用表的實(shí)現采用將各種測量數值轉化為直流電壓值，再將直流電壓值通過(guò)高精度A/D轉換為數字信 號，進(jìn)入單片機進(jìn)行處理及輸出.提高萬(wàn)用表精度的電壓表的核心提高A/D轉換的精度，系統采用16位A/D轉換器AD7705將模擬電壓轉換為對應的數字 量，并送入單片機，單片機對該數字量進(jìn)行規格化處理.

AD7705是16位AD轉換器，外接晶體振蕩器.精密基準源和少量去耦電容，即可連續進(jìn)行AD轉 換.它采用了Σ-Δ技術(shù)，可以獲得16位無(wú)誤碼數據輸出.AD7705采用的三線(xiàn)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)行模數轉換，能直接將傳感器測量到的微小信號進(jìn)行AD轉換.該器件還具有高 分辨率.寬動(dòng)態(tài)范圍.自校準.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數字信號±1的誤差，數據輸出公式為，1/65535*5V=0.00007V,也就是說(shuō)在不改變電壓量程時(shí)，可達到0.1mV的精度.單片機與A/D轉換的連接如圖2所示.

2.3 萬(wàn)用表測量模塊

萬(wàn)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.為了擴大萬(wàn)用表的測量范圍，增加電阻分流.分壓等功能，該部分設計原理基本相同，本設計未作改進(jìn).在交直流轉換及電阻測量方面的設計進(jìn)行改進(jìn)，提高測量穩定性.

數字萬(wàn)用表中交流電壓測量電路是在直流電壓測量電路的基礎上，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，主要由集成運算放大器.整流二極管.RC濾波器等組成，還包含一個(gè)能調整輸出電壓高低的電位器，用來(lái)對交流電壓進(jìn)行校準之用，如圖3為所示.

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