|
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： 其電路如圖4所示. 2.4 顯示電路模塊 為了能夠更好的現實(shí)各種數字和符號，采用了12864LCD顯示器等組成顯示模塊.AT89S52通過(guò)將電壓信號的二進(jìn)制值進(jìn)行算法轉換后的數值通過(guò)IO口輸出到LCD顯示實(shí)時(shí)數值，電路如圖5所示. 2.5 語(yǔ)音播放模塊 語(yǔ)音模塊采用ISD4003語(yǔ)音錄放芯片，是美國ISD公司推出的產(chǎn)品.該系列語(yǔ)音芯片采用多電平 直接模擬存儲專(zhuān)利技術(shù)，聲音不需要A/D轉換和壓縮，每個(gè)采樣值直接存儲在片內的閃爍存儲器中.ISD4003語(yǔ)音芯片采用CMOS技術(shù)，內含晶體振蕩 器.防混疊濾波器.平滑濾波器.自動(dòng)靜噪.音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲陳列等，因此只需很少的外圍器件就可構成一個(gè)完整的聲音錄放系統.芯片設計是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通過(guò)串行通信接口送入.采樣頻率可為4.0Hz?5.3Hz?6.4Hz?8.0kHz,頻率越低，單片錄放語(yǔ)音時(shí)間8~16min. 語(yǔ)音錄放模塊電路主要由LM386功放電路.isd4003語(yǔ)音電路組成.LM386功放電路在放音電路中，輸出端選用低電壓通用集成功率放大器作為揚聲器的驅動(dòng)電路.isd4003語(yǔ) 音電路，錄音時(shí)通過(guò)外部按鍵控制錄音的開(kāi)始和停止.錄完后，每段語(yǔ)音信號都存儲在一個(gè)不同的地址段，播放的時(shí)候，只要找到該段語(yǔ)音的起始地址就能播放出相 應的語(yǔ)音信號，語(yǔ)音錄放電路如圖6所示. 3.軟件設計 萬(wàn)用表開(kāi)啟時(shí)進(jìn)入測量及顯示狀態(tài)，并將顯示的數值及對應的測量范圍進(jìn)行數字播報，主程序流程圖如圖7所示. 語(yǔ)音播報程序設計將根據AD采集的電壓信號進(jìn)行算法轉換后的數值尋找存儲在語(yǔ)音芯片中的語(yǔ)音信息.每段語(yǔ)音都有一個(gè)不同的存儲地址，要播放相應的語(yǔ)音信息，只要找到該語(yǔ)音信號的存儲地址即可.流程圖如圖8所示. 4.結論 通過(guò)采用了高精度A/D轉換模塊對參數的測量提高了萬(wàn)用表測量精度，同時(shí)采用12864顯示及語(yǔ)音 播報芯片將通過(guò)語(yǔ)音和顯示多種人機交互方式為測量提供方便，將進(jìn)一步提高萬(wàn)用表的實(shí)用性.因此具有自動(dòng)語(yǔ)音播報數值功能的語(yǔ)音萬(wàn)用表，會(huì )有較大的需求，設 計具有較好的應用前景. |
