基于单片机的具有语音功能的万用表的设计
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【摘要】本文主要介绍了以羚羊的16位单片机SPCE061A为核心，将待测电子元件的参数R、L、C转换成电路的频率，通过单片机的外部中断测量此振荡电路的频率实现对各个参数的测量。此系统具有测量精度较高、便于使仪器仪表自动化、还能加入语音播报的功能使其更加智能化。
【关键词】SPCE061A单片机；三点式振荡电路；555多谐振荡电路；语音播放
1.设计方案
对电子元器件集总参数R、C、L的测量种类很多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在误差较大、不易实现自动测量以及缺少报警机制，因而不能实现智能化测量。
这里我们在测量电阻R和电容C时采用单片机和555数字集成芯片结合的方式，将待测电阻R或电容C接入555数字集成芯片的电路中构成多谐振荡电路；在测量电感L时将待测电感L接入电路中构成电容三点式振荡电路。上面三种测量电路都会产生频率为f的振荡信号，由于单片机的外部终端由低电平时触发，所以我们便可以将555数字集成芯片或电容三点式振荡电路产生的频率输入到单片机SPCE061A的外部中断入口，这样就可以将模拟量近似的转换为数字量，然后单片机通过内部公式计算将最终的电阻R的阻值、电容C的电容值以及电感C的电感值输出到LED数码管上显示出来，这种数字化的处理使得仪表实现智能化。
不仅如此，我们还可以对超过量程的情况进行语音报警，单片机通过计数获得待测元件产生的频率f，如果频率f不在该量程所对应的频率f的取值范围，则单片机会产生语音播报，提醒用户更换量程。
2.系统各部分功能设计框图
图1 系统各部分功能设计框图
3.各部分电路设计
3.1 电阻测量电路
采用脉冲计数法对电阻进行测量，如图2（a）所示，将待测电阻接入555定时器构成多谐振荡电路通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小，具体参数见表1。
其振荡周期为（以量程一为例）：
由上式得出待测电阻计算公式为：
3.2 电容测量电路
采用脉冲计数法对电容进行测量，如图2（b）所示，将待测电容接入555定时器构成多谐振荡电路通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小，具体参数见表1。
其振荡周期为（以量程一为例）：
由上式得出待测电容计算公式为：
3.3 电感测量电路
采用电容三点式振荡电路对电容进行测量，如图2（c）所示，具体参数见表1。
由振荡频率：
得出待测电感计算公式为：
图2 测量电路
3.4 通道选择部分
如图3所示，通过按键开关SW1、SW2以及SW3控制单片机SPCE061A产生地址端IOA3和IOA4，从IOA3和IOA4产生的00、01、10、11中取出三个地址分别控制CD4052芯片选择不同测量电路产生的频率fr、fc以及fl流入单片机的外部中断输入端。
图3 通道选择电路
3.5 控制部分
3.5.1 按键选择测试电路类型
如图4（b）所示：开关S1、S2、S3分别控制电阻R、电容C和电感L的测量，当开关S1按下时，单片机IOA0端口为高电平，这是单片机的IOA3端口将置为高电平、IOA4端口将置为低电平，数据选择器CD4052将Y0端即待测电阻R产生的频率fr信号作为输入信号接入单片机的外部中断IOB3/EX2复用输入端，此时就开始电阻R的测量，同理S2、S3分别控制对电容C和电感L的测量。由于电阻R和电容C各有两个量程，所以设置SW4、SW5分别作为测量电阻R时量程一和量程二的选择开关，设置SW6、SW7分别作为测量电容C时量程一和量程二的选择开关。
3.5.2 数字LED显示
单片机将所测得的电阻R、电容C以及电感L最终的结果输出到数码管中进行显示，前三位显示数据，最后一位显示倍数，如显示1则表示101即10倍。
如图4（a）所示，单片机的IOA13、IOA14以及IOA15分别控制D1、D2、D3三个LED二极管发光，D1、D2以及D3分别表示当前测量的是电阻R、电容C以及电感L。
3.5.3 语音播报
图4 控制部分电路
当测量超过量程时，单片机将事先储存在单片机中的语音数字信号通过DAC0832芯片转换为模拟信号并将其放大后输出。对应的电路图如图4（c）所示。
参考文献
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