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和刻度盤或數據顯示屏，容易造成在觀測測量結果時表筆脫離被測點，或者造成表筆金屬極在相鄰電路上短路.隨著語音技術的發展，在數字萬用表中增加語音播報功能，為萬用表使用性能的實質性進步開辟了一條新的途徑，有了語音播報數值功能，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，本設計通過高精度A/D轉換，提高萬用表的測量精度，對其他電子儀器的改進有著重要的意義.

2.系統硬件設計

2.1 系統設計框圖

語音播報萬用表，最主要目的是對萬用表測得數值進行顯示和播放.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.萬用表測量電路將各種測量值轉化為電壓信號，在通過高精度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，語音播放電路根據單片機算法運算后尋找存儲該數值對應的語音信號進行播報.

2.2 高精度A/D轉換模塊

萬用表的實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高精度A/D轉換為數字信號，進入單片機進行處理及輸出.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，即可連續進行AD轉換.它采用了Σ-Δ技術，可以獲得16位無誤碼數據輸出.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省了CPU的IO口[3]?采用AT89S52控制AD7705,對橋式傳感信號進行模數轉換，能直接將傳感器測量到的微小信號進行AD轉換.該器件還具有高分辨率.寬動態范圍.自校準.優良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，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,也就是說在不改變電壓量程時，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.為了擴大萬用表的測量范圍，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.在交直流轉換及電阻測量方面的設計進行改進，提高測量穩定性.

數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，還包含一個能調整輸出電壓高低的電位器，用來對交流電壓進行校準之用，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各種數字和符號，采用了12864LCD顯示器等組成顯示模塊.AT89S52通過將電壓信號的二進制值進行算法轉換后的數值通過IO口輸出到LCD顯示實時數值，電路如圖5所示.

2.5 語音播放模塊

語音模塊采用ISD4003語音錄放芯片，是美國ISD公司推出的產品.該系列語音芯片采用多電平直接模擬存儲專利技術，聲音不需要A/D轉換和壓縮，每個采樣值直接存儲在片內的閃爍存儲器中.ISD4003語音芯片采用CMOS技術，內含晶體振蕩器.防混疊濾波器.平滑濾波器.自動靜噪.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，單片錄放語音時間8~16min.

語音錄放模塊電路主要由L M 3 8 6功放電路.isd4003語音電路組成.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電路.isd4003語音電路，錄音時通過外部按鍵控制錄音的開始和停止.錄完后，每段語音信號都存儲在一個不同的地址段，播放的時候，只要找到該段語音的起始地址就能播放出相應的語音信號，語音錄放電路如圖6所示.

3.軟件設計

萬用表開啟時進入測量及顯示狀態，并將顯示的數值及對應的測量范圍進行數字播報，主程序流程圖如圖7所示.

語音播報程序設計將根據AD采集的電壓信號進行算法轉換后的數值尋找存儲在語音芯片中的語音信息.每段語音都有一個不同的存儲地址，要播放相應的語音信息，只要找到該語音信號的存儲地址即可.流程圖如圖8所示.

4.結論

通過采用了高精度A/D轉換模塊對參數的測量提高了萬用表測量精度，同時采用12864顯示及語音播報芯片將通過語音和顯示多種人機交互方式為測量提供方便，將進一步提高萬用表的實用性.因此具有自動語音播報數值功能的語音萬用表，會有較大的需求，設計具有較好的應用前景.