基于单片机的语音播报万用表设计

　　1.引言

　　万用表是一种最常用的电工测量仪表，目前主要使用的有两种，即模拟以指针万用表和数字式万用表.这 两种万用表使用时存在一个共同的问题，就是测量时必须用眼睛观看被测点和刻度盘或数据显示屏，容易造成在观测测量结果时表笔脱离被测点，或者造成表笔金属 极在相邻电路上短路.随着语音技术的发展，在数字万用表中增加语音播报功能，为万用表使用性能的实质性进步开辟了一条新的途径，有了语音播报数值功能，可 以告诉测量数值和单位准确的确认读数的结果，大大减少读数出错的可能.不仅如此，本设计通过高精度A/D转换，提高万用表的测量精度，对其他电子仪器的改进有着重要的意义.

　　2.系统硬件设计

　　2.1 系统设计框图

　　语音播报万用表，最主要目的是对万用表测得数值进行显示和播放.系统采用模块结构设计，主要由微处理器模块.万用表测量电路.高精度A/D电路.语音电路.显示电路以及按键电路模块组成，整体框图如图1所示.

　　在图1 中， 系统微处理器处理器采用AT89S52,它是一种低功耗.高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器， 使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活.超有效的解决方案.万用表测量电路将各种测量值转化为电压信号，在通过高精度A/D电路将模拟信 号转换为数字信号传送给单片机，再由单片机进行算法处理后输出到显示电路，LCD显示测得的电压值，语音播放电路根据单片机算法运算后寻找存储该数值对应 的语音信号进行播报.

　　2.2 高精度A/D转换模块

　　万用表的实现采用将各种测量数值转化为直流电压值，再将直流电压值通过高精度A/D转换为数字信 号，进入单片机进行处理及输出.提高万用表精度的电压表的核心提高A/D转换的精度，系统采用16位A/D转换器AD7705将模拟电压转换为对应的数字 量，并送入单片机，单片机对该数字量进行规格化处理.

　　AD7705是16位AD转换器，外接晶体振荡器.精密基准源和少量去耦电容，即可连续进行AD转 换.它采用了Σ-Δ技术，可以获得16位无误码数据输出.AD7705采用的三线串行接口，能够方便地与各种微控制器连接，也比并行接口方式大大节省了 CPU的IO口[3]?采用AT89S52控制AD7705,对桥式传感信号进行模数转换，能直接将传感器测量到的微小信号进行AD转换.该器件还具有高 分辨率.宽动态范围.自校准.优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量.

　　采用16位A/D可将测量电压值精度根据数字信号±1的误差，数据输出公式为，1/65535*5V=0.00007V,也就是说在不改变电压量程时，可达到0.1mV的精度.单片机与A/D转换的连接如图2所示.

　　2.3 万用表测量模块

　　万用表测量范围包括直流电压.交流电压.直流电流.交流电流.电阻及电容等参数.为了扩大万用表的测量范围，增加电阻分流.分压等功能，该部分设计原理基本相同，本设计未作改进.在交直流转换及电阻测量方面的设计进行改进，提高测量稳定性.

　　数字万用表中交流电压测量电路是在直流电压测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入一级交流-直流（AC-DC）变换器形成的，主要由集成运算放大器.整流二极管.RC滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压进行校准之用，如图3为所示.

　　系统中的电阻档采用的是比例测量法，由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻0 R和被测电阻X R 的电流基本相等.所以A/D转换器的参考电压RFE U 和输入电压IN U 有如下关系：

　　其电路如图4所示.

　　2.4 显示电路模块

　　为了能够更好的现实各种数字和符号，采用了12864LCD显示器等组成显示模块.AT89S52通过将电压信号的二进制值进行算法转换后的数值通过IO口输出到LCD显示实时数值，电路如图5所示.

　　2.5 语音播放模块

　　语音模块采用ISD4003语音录放芯片，是美国ISD公司推出的产品.该系列语音芯片采用多电平 直接模拟存储专利技术，声音不需要A/D转换和压缩，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中.ISD4003语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡 器.防混叠滤波器.平滑滤波器.自动静噪.音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储陈列等，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统.芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口送入.采样频率可为4.0Hz?5.3Hz?6.4Hz?8.0kHz,频率越低，单片录放语音时间8~16min.

语音录放模块电路主要由LM386功放电路.isd4003语音电路组成.LM386功放电路在放音电路中，输出端选用低电压通用集成功率放大器作为扬声器的驱动电路.isd4003语 音电路，录音时通过