DS18B20简介

    （1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

    （2）在使用中不需要任何外围元件。

    （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。

    （4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。

    （5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。

    （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。

    （7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。

    （8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

DS18B20的测温原理

DS18B20的测温原理如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小〔1〕，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。

基于图 1 的框图介绍，我们可以清楚的了解到语音温度计设计的几个模块。每个模块都有一个核心器件，对于核心器件的选择在某种程度上也就决定了设计方案的选择。下面就介绍一下在确定原理图时对方案的选择依据。

首先，由于是利用单片机来控制整个电路，所以在整个电路中，单片机控制处理器是最核心的器件。在本次设计中可以用 ATC2051, 也可以用 ATS51 ，还可以用凌阳公司生产的16位单片机等。但是因为凌阳单片机相对价格比较昂贵，所以没有选用它，即使用凌阳单片机可能实现语音播放可能比较方便。同时基于电路外围芯片用的比较多，所要用到的单片机的输入／输出口也相对比较多，如果用 ATC2051 的话，输入／输出口将不够用，就无法同时实现语音温度计所需要的显示和报温以及按键控制等功能。同时C51系列单片机是目前应用最广泛, 品种最多的单片机。它具有集成度高，系统结构简单，扩展方便，可靠性高，处理功能强、速度快，容易产品化等优点。更重要的是ATS51在国内应用最广泛，容易买到，也是所有单片机中最为熟悉的，所以本次设计中选择了ATS51单片机作为核心控制CPU。

第二，要设计温度计一定要有温度采集，可以采集温度的途径很多，在众多应用于温室环境监测的温敏元件中,温敏电阻虽然成本低,但后续电路复杂, 精度、重复性、可靠性较差，且需进行温度标定;电流型集成温度传感器AD590 也因其输出为模拟信号,且输出信号较弱故需后续放大及A/D转换电路,若采用普通运放则精度难以保证,而测量放大器价格偏高,这就使系统的成本升高。而达拉斯公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，作为 DS1820的改版可使温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理，而且外围电路很简单，实现方便。由于每片DS18B20 含有唯一的序列号，所以在一条总线上可挂多片 DS18B20 。微处理器可通过一根口线经序列号匹配识别后对每一个DS18B20进行读写操作，大大节省了硬件资源，一总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。新一代的数字温度传感器DS18B20体积更小、更经济、更灵活。DS18B20的测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内精度为±0.5°C，分辨率0.0625。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，每一颗自带地址，大大减少了系统的电缆数，提高了系统的稳定性和抗干扰性，因此得到广泛使用。所以温度采集选用了DS18B20单总线数字温度传感器。

第三，要弥补以前用视觉单一解决问题的缺陷，使人们不仅能够看到还能够听到，就是要实现语音播报功能，这就必须要用语音集成块。ISD系列语音芯片是美国ISD公司出品的新型优质单片录放音电路,它采用了直接模拟量存储技术DAST,完成语音的录入、存储及分段输出, 因而失真小, 使用方便, 不需专用语音开发工具, 成本低廉，因而在现代技术上得到广泛使用。ISD系列语音芯片有很多款，根据时间容量不同大体有ISD1110、ISD1420、ISD4004等，而在本次设计中一共要录入16段话，大概要10秒到20秒的时间，在众多语音芯片中有10S，20S，16分钟等不同的时间容量，但是对于本毕业设计的要求来说，只要大概10秒到20秒的时间，所以选择ISD1420，大小为20秒的语音芯片，因为ISD1110是10秒的语音芯片，而ISD4004是可以录入16分钟的时间，对本次设计的要求来说不是时间不够，就是资源浪费，所以采用了ISD1420，即符合设计要求也没有太多的资源浪费，而且ISD1420是现在语音领域运用最广泛的一个，所以本次设计中语音芯片选择了它。

第四，在语音播报时还要考虑到声音的大小，因为播放出来就是要给人提供方便，弥补只用视觉单一解决问题的缺陷，所以考虑到人的听觉所限，声音不能太小。从语音芯片输出的声音大小不能直接改变，只有通过外围电路来对其进行放大，所以在外围电路添加了一个音频功率放大电路，采用的是LM386。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品，在此电路中应用LM386既能实现声音放大，又简单容易实现，价钱也不贵，所以就选择了它进行音频放大。

第五，显示技术是传递视觉信息的技术，所以也要注重显示设备的选用。随着信息社会的发展，显示技术也越来越重要。在本次设计中可以用到的显示也很多，比如数码管显示、液晶显示等，但是液晶管显示的寿命比较短，价格高，显示不够直观。而数码管显示器却不一样，它的寿命长、价格便宜、显示很直观清楚的诸多优点，在各种应用系统中得到越来越广泛的应用。所以在本次设计中选择了74LS595驱动LED显示环境温度。