基于SPCE061A的智能數(shù)字萬用表

楊桂林

(菏澤學(xué)院蔣震機(jī)電工程學(xué)院，山東菏澤274015)

縱觀現(xiàn)在的電子行業(yè)，數(shù)字萬用表已經(jīng)成為一件不可缺少的工具，它集多種功能于一體，給人們帶來了極大的方便，然而普通的萬用表仍存在經(jīng)常被燒壞、觸點(diǎn)接觸不良、不能進(jìn)行自動(dòng)化測量等不足之處［1］.隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為提高萬用表的智能化程度提供了可靠的保障，具有智能測量功能的數(shù)字萬用表替代手工操作的萬用表是科技發(fā)展的必然趨勢［2］.因此，研制基于SPCE061A的智能數(shù)字萬用表具有十分重要的意義，它對于提高數(shù)字萬用表在國際市場上的競爭力將發(fā)揮重大作用.

圖1 智能數(shù)字萬用表的結(jié)構(gòu)框圖

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

該智能數(shù)字萬用表是在凌陽單片機(jī)SPCE061A最小系統(tǒng)板上的擴(kuò)展及設(shè)計(jì)，它通過單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和模擬開關(guān)的智能通斷來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量功能.該表既具有普通萬用表的功能，又能自動(dòng)識別測量功能和量程，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換至相應(yīng)的測量功能檔位，此外，還可以根據(jù)從鍵盤輸入的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行元器件的篩選，并能語音播放相應(yīng)的信息.基于SPCE061A的智能數(shù)字萬用表主要由表筆、電源電路、控制電路、電阻和電壓測量電路、電容測量電路、電感和頻率測量電路、1602液晶顯示電路、語言播放電路、鍵盤輸入模塊9個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖［2］如圖1所示.

2 主要單元電路的設(shè)計(jì)

2.1 電源電路 采用SPCE061A單片機(jī)進(jìn)行控制，需要提供+5 V和+3.3 V 2種電源，采用2節(jié)3.7 V鋰電池進(jìn)行供電，將鋰電池的7.4 V電壓經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓集成電路穩(wěn)壓之后輸出+5 V電壓給電路供電，同時(shí)再用SPY0029穩(wěn)壓集成電路穩(wěn)壓輸出3.3 V電壓，以保證單片機(jī)正常工作，電源電路［3］如圖2所示.

圖2 電源電路

2.2 控制電路 控制電路是一個(gè)系統(tǒng)的核心，主控制器性能的優(yōu)劣將直接影響系統(tǒng)的精度、速度等性能指標(biāo).該控制電路由凌陽單片機(jī)SPCE061A及其外圍電路組成，SPCE061A具有寬范圍的電壓晶振頻率，可以支持高達(dá)40 M的頻率輸入，同時(shí)內(nèi)部集成了7通道10位電壓模－數(shù)轉(zhuǎn)換器和單通道語音模－數(shù)轉(zhuǎn)換器，其電路［4］如圖3所示.

圖3 控制電路

2.3 電阻測量電路 電阻的測量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，其電路［5］如圖4所示，由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測電阻的大小.此電路還完成電壓的測量功能，操作功能按鍵，可以檢測電路的通斷性以及判斷二極管的電極，同時(shí)播放相應(yīng)的語音提示.

圖4 電阻測量電路

圖5 電容測量電路

2.4 電容測量電路 測量電容同樣采用脈沖計(jì)數(shù)法，其電路［5］如圖5所示.利用555振蕩電路構(gòu)成多諧振蕩電路，通過計(jì)算頻率來計(jì)算被測電容的大小，由于凌陽單片機(jī)可以設(shè)置端口高阻態(tài)，所以在調(diào)節(jié)電阻阻值的過程中不需要考慮端口對電路的影響，以方便單片機(jī)的計(jì)算，使計(jì)算結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確.

圖6 電感測量電路

2.6 語音播放電路 從單片機(jī)內(nèi)部輸出的語音信號是毫伏級電壓信號，需要經(jīng)過放大電路的放大才可以進(jìn)行播放，該語音電路的核心部分為音頻功率放大模塊，功放模塊采用的是SPY0030A集成功率放大器，SPY0030A是凌陽公司開發(fā)的專用語音信號放大芯片，可以在2.4～6.0 V范圍內(nèi)工作，此處電壓為5 V，此芯片相當(dāng)于LM386，但比LM386音質(zhì)好，最大輸出功率可達(dá)700 mW，其電路［4，6］如圖7所示.

圖7 語音播放電路

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

圖8 軟件開發(fā)界面

該基于SPCE0061A的智能數(shù)字萬用表的軟件控制部分采用了C語言編程，同時(shí)使用凌陽公司提供的專門用于單片機(jī)開發(fā)環(huán)境的unSP IDE1.8.4.unSP IDE1.8.4軟件提供了豐富的庫函數(shù)，庫里存放著每個(gè)函數(shù)的名稱、目標(biāo)代碼和鏈接過程所需的重定位信息等內(nèi)容.如果用戶程序中用到了庫的某個(gè)函數(shù)，鏈接時(shí)，鏈接器會(huì)把相應(yīng)的函數(shù)代碼直接嵌入到用戶程序的可執(zhí)行文件中;此外，它還包含了豐富的語言庫，便于開發(fā)，軟件開發(fā)界面如圖8所示.unSP IDE1.8.4軟件借助了C語言的強(qiáng)大功能來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)AT89S52的控制功能，其主程序流程圖［4，7］如圖9所示.

4 小結(jié)

反復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真測試結(jié)果表明，該數(shù)字萬用表不僅可以完成電阻、電壓、頻率等參數(shù)測量，而且還可以進(jìn)行二極管以及電路的通斷性測試，能更好地實(shí)現(xiàn)元器件的篩選功能，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋功能.由于該智能測量儀具有功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)合理、智能化程度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此，它在物理實(shí)驗(yàn)、電器維修等方面都具有良好的應(yīng)用前景.

［1］賈利英.萬用表在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2010，25(1):163－164.

［2］秦輝，韓冰，馬術(shù)才，等.智能數(shù)字萬用表研制［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27(7):64－67.

［3］孫肖子，張企民.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版版社，2006:10－19，112－136，383－396，492－547.

［4］唐民中.凌陽16位單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003:36－120.

［5］余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2009:371－386.

［6］黃正瑾.電子設(shè)計(jì)競賽賽題解析［M］.南京:東南大學(xué)出版社，2003:42－58.

［7］求實(shí)科技.8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊［M］.北京:人民郵電出版社，2006:42－53.

圖9 主程序流程圖