Цифровой термометр и термостат DS1620

Основные особенности:

• не требует дополнительных внешних компонентов;
• измеряет температуру от -55°C до +125°C с шагом в 0.5°C;
• значение температуры считывается в виде 9-битного кода;
• преобразует температуру в цифровое значение за 1 секунду;
• параметры режима термостата задаются пользователем и хранятся в энергонезависимой памяти;
• данные читаются и записываются по 3-х проводному последовательному интерфейсу (CLK, DQ, RST);
• применяется для термостатического контроля, в промышленных системах, термометрах, любых термочувствительных системах;
• выпускается в малогабаритных корпусах DIP или SOIC.

Краткое описание. Микросхема DS1620 представляет собой цифровой термометр и термостат и обеспечивает получение 9-битных температурных отсчетов, отражающих температуру устройства. Три вывода сигнализации температуры позволяют использовать прибор DS1620 в качестве схемы управления термостатом. На выходе T_high устанавливается "высокий" уровень, если температура DS1620 становится больше или равна установленной пользователем температуре T_high. Аналогично на выводе T_low устанавливается "высокий" уровень, если температура становится меньше или равна температуре T_low. На выходе T_com устанавливается "высокий" уровень, если температура превышает T_high и выходное состояние сохраняется до тех пор, пока температура не опустится ниже T_low. Определенные пользователем значения температуры сохраняются в энергонезависимой памяти, что позволяет запрограммировать приборы до установки в системе, а также использовать в автономных применениях без процессора. Температурные значения записываются и считываются из DS1620 по простому трехпроводному интерфейсу.

Описание выводов

Корпус	Вывод	Аббревиатура	Описание
	1	DQ	Вход/выход данных трехпроводного последовательного порта
	2	CLK/CONV (CONV-инверсный)	Тактовый вход трехпроводного последовательного порта. При применении DS1620 в автономном режиме этот вывод может использоваться для запуска преобразования температуры, которое начинается по спаду сигнала на этом входе.
	3	RST (инверсный)	Вход сброса для трехпроводного последовательного порта.
	4	GND	Общий вывод
	5	TCOM	Выход комбинированного триггера верхнего/нижнего порога температуры. Выходной уровень становится "высоким", когда температура превышает TH, и возвращается к "низкому" уровню, когда температура опускается ниже TL.
	6	Tlow	Выход триггера нижнего порога температуры. Выходной уровень "высокий", если температура опускается ниже TL.
	7	Thigh	Выход триггера верхнего порога температуры. Выходной уровень "высокий", если температура поднимается выше ТH.
	8	Vcc	Вывод напряжения питания +5 В.

Примечание: инверсные входы из этой таблице далее по тексту обозначены жирным начертанием.

Считывание температурных значений. DS1620 измеряет температуру с помощью расположенной на кристалле запатентованной схемы измерения температуры. Значения температуры представлены в 9-битном формате дополнения до двух.

Температура °C Значение кода на цифровом выходе BIN HEX 125 011111010 00FAh 25 000110010 0032h +0.5 000000001 0001h 0 000000000 0000h -0.5 111111111 01FFh -25 111001110 01CEh -55 110010010 0192h

В таблице слева приведено точное соответствие между выходными данными и измеренной температурой. Данные передаются последовательно по трехпроводному интерфейсу, начиная с младшего байта. DS1620 может измерять температуру в диапазоне от -55°C до +125°C с шагом в 0.5°C. Так как данные передаются по трехпроводнойшине начиная с младшего байта, температурные данные могут быть записаны или считаны изDS1620 или как 9-битное слово (устанавливая на RST "низкий" уровень после 9-го бита), либо в виде передачи двух 8-битных слов, старшие 7 бит которых либо игнорируются, либо установлены в нуль.

После передачи старшего байта на выходе DS1620 устанавливаются нулевые значения. Триггер верхнего порога температуры (выход T_high) работает следующим образом: когда температура, измеренная прибором, становится равна или поднимается выше значения, сохраненного в регистре верхнего порога температуры, выход T_high, становится активным ("высоким") и остается в этом состоянии до тех пор, пока температура не опустится ниже значения, сохраненного в регистре верхнего порога температуры. Выход T_high может использоваться для индикации того, что высокотемпературная граница была достигнута или превышена, или может использоваться как часть системы с замкнутой обратной связью, используемой для включения системы охлаждения и отключения ее, когда температура системы вернется в допустимые пределы.

Действие выхода T_low, аналогично действию выхода T_high. Когда температура, измеренная прибором, становится равна или опускается ниже значения, сохраненного в регистре нижнего порога температуры, выход Тlow, становится активным ("высоким") и остается в этом состоянии до тех пор, пока температура не станет выше значения, сохраненного в регистре нижнего порога температуры. Выход T_low может использоваться для индикации того, что низкотемпературная граница была достигнута, или может использоваться как часть системы с замкнутой обратной связью, используемой для включения нагревателя и отключения его, когда температура системы вернется в допустимые пределы. Выход T_com становится "высоким", когда измеряемая температура достигнет или превысит значение TH, и остается в в этом состоянии до тех пор, пока температура не станет равна или не опустится ниже значения TL. Таким образом может быть достигнут некоторый гистерезис системы.

Управление. Для работы DS1620 в качестве схемы управления термостатом должны быть предварительно установлены регистры TH и TL. Регистр конфигурации/состояния используется, чтобы определить метод работы прибора в конкретном применении, атакже отражает состояние процесса преобразования температуры. Регистр конфигурации определен следующим образом:

DONE

THF

TLF

X

X

X

CPU

1SHOT

Х - состояние не определено.

DONE - бит завершения преобразования. Устанавливается в 0 в процессе преобразования, и в 1 после окончания этого процесса.

THF - флаг верхнего порога температуры. Этот бит устанавливается в1, когда температура становится больше либо равна значению, сохраненному в регистре TH. Бит остается в единичном состоянии до тех пор, пока не будет сброшен путем записи 0 в эту ячейку памяти или путем отключения напряжения питания от прибора. Это позволяет определить, подвергался ли прибор после подачи напряжения питания действию температур, превышающих значение, установленное в регистре TH.

TLF - флаг нижнего значения температуры. Этот бит устанавливается в 1, когда температура становится меньше либо равна значению, сохраненному в регистре TL. Бит остается в единичном состоянии до тех пор, пока не будет сброшен путем записи 0 в эту ячейку памяти или путем отключения напряжения питания от прибора. Это позволяет определить, подвергался ли прибор после подачи напряжения питания действию температур ниже значения, установленного в регистре TL.

CPU - бит использования процессора. Если CPU=0, то вывод CLK/CONV используется для запуска процесса преобразования температуры при "низком" уровне на входе RST. Если бит CPU установлен в 1, DS1620 использует для связи с процессором трехпроводную шину и вывод CLK/CONV используется совместно с выводами DQ и RST в качестве входа тактового сигнала.

1SHOT - бит использования режима однократного преобразования. Если этот бит установлен в 1, то DS1620 будет выполнять однократное преобразование температуры после получения команды запуска преобразования. Если бит установлен в 0, то DS1620 непрерывно выполняет температурное преобразование.

При использовании в качестве термостата DS1620 обычно работает в непрерывном режиме. Однако для применений, требующих одного преобразования за определенный промежуток времени или требующих экономии мощности, может использоваться режим однократного преобразования. Следует отметить, что выходы термостата (T_high, T_low и T_com) в режиме однократного преобразования будут оставаться в том состоянии, в которое они были установлены в результате последнего преобразования.

Работа в автономном режиме. В случае использования DS1620 в качестве обычного термостата не требуется применения процессора. Поскольку память для хранения значений температурных пределов энергонезависима, DS1620 может быть запрограммирован до установки в систему. Для того, чтобы обеспечить работу без использования процессора, вывод CLK/CONV может использоваться для запуска процесса преобразования. Отметим, что бит CPU регистра конфигурации должен быть установлен в 0 для использования этого режима работы. Для того, чтобы использовать вывод CLK/CONV для запуска преобразования, необходимо, чтобы сигнал RST находился в "низком" состоянии, а CLK/CONV в "высоком". Установка сигнала "низкого" уровня на входе CLK/CONV на время менее 10 мс вызывает запуск однократного преобразования, после окончания которого DS1620 возвращается в состояние ожидания. Если на входе CLK/CONV устанавливается и остается "низкий" логический уровень, то будет происходить непрерывное преобразование температуры до тех пор, пока на входе CLK/CONV не будет снова установлен "высокий" уровень. Если бит CPU установлен в 0, то сигнал на входе CLK/CONV блокирует бит однократного преобразования, если тот установлен в 1. Это означает, что даже если прибор установлен в режим однократного преобразования, установка входа CLK/CONV в "низкое" состояние запустит процесс преобразования.

Трехпроводной интерфейс. Трехпроводная шина состоит из трех сигналов. Это сигнал RST (сброс), сигнал CLK (тактовый сигнал), и сигнал DQ (данные). Все циклы передачи данных начинаются с установки на входе RST "высокого" уровня. Установка на входе RST "низкого" уровня заканчивает цикл передачи. Тактовый сигналпредставляет из себя непрерывную последовательность чередующихся фронтов и спадов. Для правильной записи данные должны быть верными во время фронта тактового сигнала. Выходные данные устанавливаются по спаду тактового сигнала и остаются верными до нарастающего фронта. При чтении данных из DS1620 вывод DQ переходит в высокоимпедансное состояние, когда на входе тактового сигнала установлен "высокий" уровень. Установка на входе RST "низкого" уровня прерывает любой цикл связи и устанавливает вывод DQ в высокоимпедансное состояние. Данные передаются по трехпроводному интерфейсу начиная с младшего байта. Система команд, передаваемых по интерфейсу, приведена и описана ниже; только эти коды команд могут быть записаны в DS1620 и попытка записи других кодов может привести к повреждению прибора.

Система команд DS1620

Примечания:

1. В режиме непрерывного преобразования температуры команда остановки преобразования температуры остановит непрерывное преобразование. Для возобновления преобразования должна быть выполнена команда запуска преобразования температуры. В режиме однократного преобразования команда запуска преобразования температуры должна выполняться для каждого температурного измерения.
2. Запись в энергонезависимую память требует при комнатной температуре приблизительно 10 мс. После передачи команды записи, в течении по крайней мере 10 мс не должно передаваться никаких команд записи и чтения.

Чтение температуры [AAh]. Команда считывает содержимое регистра, который содержит результат последнего преобразования температуры. Следующие девять циклов тактового сигнала выводят содержимое регистра.

Запись TH [01h]. Команда записывает регистр TH (Регистр верхнего порога температуры). После получения этой команды следующие девять циклов тактового сигнала тактируют 9-битное значение температуры, которое устанавливает порог для работы выхода T_high.

Запись TL [02h]. Команда записывает регистр TL (Регистр нижнего порога температуры). После получения этой команды следующие девять циклов тактового сигнала тактируют 9-битное значение температуры, которое устанавливает порог для работы выхода T_low.

Чтение TH [A1h]. Команда считывает значение регистра TH (Регистр верхнего порога температуры). После выполнения этой команды следующие девять циклов тактового сигнала тактируют чтение 9-битного значения температуры, записанного в регистре TH.

Чтение TL [A2h]. Команда считывает значение регистра TL (Регистр нижнего порога температуры). После выполнения этой команды следующие девять циклов тактового сигнала тактируют чтение 9-битного значения температуры, записанного в регистре TL.

Запуск преобразования температуры [EEh]. Команда инициирует начало преобразования температуры. Никаких последующих данных не требуется. При работе в однократном режиме температурное преобразование будет выполнено, и DS1620 перейдет в состояние ожидания. При работе в непрерывном режиме Команда запускает непрерывное преобразование температуры.

Остановка преобразования температуры [22h]. Команда останавливает преобразование температуры. Никаких последующих данных не требуется. Команда может использоваться для остановки непрерывного режима работы DS1620. После приема команды текущее температурное измерение будет завершено и DS1620 останется в состоянии ожидания до тех пор, пока не будет принята команда запуска преобразования температуры, которая возобновит непрерывный режим работы.

Запись конфигурации [0Ch]. Команда записывает регистр конфигурации. После приема команды следующие восемь циклов тактового сигнала тактируют значение, записываемое в регистр конфигурации.

Чтение конфигурации [ACh]. Команда считывает значение из регистра конфигурации. После приема команды следующие восемь циклов тактового сигнала выводят значение, записанное в регистре конфигурации.

Пример программирования

Пример установки DS1620 в режим непрерывного преобразования температуры и функций термостата.

Максимальные значения параметров и режимов

• Напряжение на любом выводе относительно земли: -0.5..+7.0В
• Рабочая температура: -55..+125°C
• Температура хранения: -55..+125°C
• Температура пайки: 260°C в течении 10 с

Это предельно допустимые режимы. Работа прибора при этих режимах либо при любых режимах, превышающих приведенные в таблице, не гарантируется. Воздействие предельно допустимых режимов в течение продолжительного периода времени может отразиться на надежности работы прибора.

Рекомендуемые значения параметров и режимов

Электрические характеристики

При Тa=-55..+125°C, Vcc=4.5..5.5 В

Параметр	Символ	Условия измерения	Значение			Единица измерения	Примечание
			min	typ	max
Ошибка измерения температуры	Terr	0..+70°C	-	-	+-0.5	°C
		-40..0°C и +70..+125°C	-	-	+-1
		-55..-40°C +85..+125°C	-	-	+-2
Выходное напряжение логического "0"	Vol		-	-	0.4	В	3
Выходное напряжение логической "1"	Voh		2.4	-	-	В	2
Входное сопротивление	Ri	RSTк земле	-	-	2	МОм
		DQ, CLK к Vcc	-	-	2
Ток потребления в активном режиме	Icc	0..+70 °C	-	-	1	мА	4,5
Ток потребления в состоянии покоя	Istby	0..+70 °C	-	-	1	мкА	4,5
Входная емкость	Ci		-	5	-	пФ
Емкость входа/выхода	Ci/o		-	10	-	пФ

Временные параметры

При Ta=-55..+125°C, Vcc=4.5..5.5 В

Параметр	Символ	Значение			Единица измерения	Примечание
		min	typ	max
Время преобразования температуры	Ttc	-	-	1	с
Время установления данных относительно тактового сигнала	tDC	35	-	-	нс	6
Время удержания данных относительно тактового сигнала	tCDH	40	-	-	нс	6
Время задержки данных относительно тактового сигнала	tCDD	-	-	100	нс	6,7,8
Длительность "низкого" уровня тактового сигнала	tCL	250	-	-	нс	6
Длительность "высокого" уровня тактового сигнала	tCH	250	-	-	нс	6
Частота тактового сигнала	fCLK	0	-	2.0	МГц	6
Время нарастания и спада тактового сигнала	tR,tF	-	-	500	нс
Время установления сигнала RST относительно тактового сигнала	tCC	100	-	-	нс	6
Время удержания сигнала RST относительно тактового сигнала	tCCH	40	-	-	нс	6
Время неактивного состояния сигнала RST	tCWH	125	-	-	нс	6,9
Задержка перехода выхода в высокоимпедансное состояние относительно фронта тактового сигнала	tCDZ	-	-	50	нс	6
Задержка перехода выхода в высокоимпедансное состояние относительно спада сигнала RST	tRDZ	-	-	50	нс	6
Длительность сигнала запуска преобразования	tCNV	250нс	-	500	мс
Длительность цикла записи энергонезависимой памяти	tWR	-	10	20	мс

Примечания:

1. Все напряжения измеряются относительно земли.
2. Напряжение логической единицы определяется при вытекающем токе 1 мА.
3. Напряжение логического нуля определяется при втекающем токе 4 мА.
4. Icc определяется при открытом входе DQ.
5. Icc определяется при Vcc = 5.0 В и RST = GND.
6. Измеряется при V_IH = 2.0 В или V_IL = 0.8 В.
7. Измеряется при V_IH = 2.4 В или V_IL = 0.4 В.
8. Емкость нагрузки = 50 пФ.
9. tCWH должно составлять минимум 10 мс после команды чтения или записи энергонезависимой памяти.