以HY16F198B實(shí)現觸控溫度計應用設計

　1. 內容簡(jiǎn)介

　　溫度的量測應用非常的廣泛，從農業(yè)上的氣溫觀(guān)測，及日常防疫的體溫量測至工業(yè)上的半導體制程，溫度都是相當重要的一個(gè)指標及依據。本文主要是介紹HYCON HY16F Series芯片在溫度量測應用，并透過(guò)Touch Key的界面進(jìn)行操作。由于HY16F198B芯片內部集成高精度∑△ADC，且ADC輸出頻率最快可以到達10kHz，并搭配內部LCD驅動(dòng)完成顯示。HY16F198B用于溫度量測，不需外接的感測組件，達到周邊電路簡(jiǎn)單且省電的應用.

　　2. 原理說(shuō)明

　　2.1. 量測原理

　　本應用的溫度量測組件是采用，IC內部的絕對溫度傳感器TPS，絕對溫度傳感器由二極管(BJT)組成，其電壓信號對溫度的變化為一通過(guò)0°K曲線(xiàn)，其具以下特色溫度傳感器在環(huán)境溫度為0°K時(shí)期輸出的電壓值V_TPS@0°K =0V，透過(guò)測量方式可使得模擬數字轉換器ADC的偏移電壓(V_ADC-OFFSET)與BJT之不對稱(chēng)性(I_S1≠I_S2)自動(dòng)抵銷(xiāo)。校正溫度僅需單點(diǎn)校正。

　　HY16F啟用時(shí)，TPS的功能隨即被自動(dòng)啟用。

　　在同一溫度TA(℃)下，量測到V_TPS0與V_TPS1的數值后，將兩數相加并取平均值即可求得在溫度TA下測得TPS相對應的電壓值V_TPS@TA。

　　TPS的輸出電壓V_TPS對溫度變化為一線(xiàn)性曲線(xiàn)，故可推倒得出其增益值G_TPS(或稱(chēng)斜率)

　　TPS增益公式

　　2.2. 控制芯片

　　單片機簡(jiǎn)介：HY16F系列32位高性能Flash單片機(HY16F198B)

　　HY16F系列32位高性能Flash單片機(HY16F198B)

　　特點(diǎn)說(shuō)明:

　　(1)采用最新Andes 32位CPU核心N801處理器。

　　(2)電壓操作范圍2.2~3.6V，以及-40℃~85℃工作溫度范圍。

　　(3)支持外部16MHz石英震蕩器或內部16MHz高精度RC震蕩器.

　　(3.1)運行模式 0.6mA@2MHz/2

　　(3.2)待機模式 5uA@ LSRC=34KHz+IDLE Mode

　　(3.3)休眠模式 2.5uA

　　(4)程序內存64KB Flash ROM

　　(5)數據存儲器8KB SRAM

　　(6)擁有BOR and WDT功能，可防止CPU死機。

　　(7)24-bit高精準度ΣΔADC模擬數字轉換器

　　(7.1)內置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可達128倍放大。

　　(7.2)內置溫度傳感器TPS。

　　(8)超低輸入噪聲運算放大器OPAMP。

　　(9)16-bit Timer A

　　(10)16-bit Timer B模塊俱PWM波形產(chǎn)生功能

　　(11)16-bit Timer C 模塊俱數字Capture/Compare 功能

　　(12)硬件串行通訊SPI模塊

　　(13)硬件串行通訊I2C模塊

　　(14)硬件串行通訊UART模塊

　　(15)硬件RTC時(shí)鐘功能模塊

　　(16)硬件Touch KEY功能模塊

　　(17)硬件 LCD Driver 4x36,6x34

　　3. 系統設計

　　3.1. 硬件說(shuō)明

　　使用HY16F198B對于觸控溫度計的應用，整體電路就只需HY16F開(kāi)發(fā)板上之Touch Key及LCD顯示溫度.

　　(A) MCU：HY16F198B

　　(B) 顯示方式： HY16F198B內部硬件驅動(dòng)4x36 LCD (LCD Driver Segment 4X36)

　　(C) 電源電路：5.0V轉3.3V電源系統

　　(D) 模擬感測模塊：內部ADC

　　(E) 在線(xiàn)刻錄與ICE鏈接電路，透過(guò)EDM的連接，可支持在線(xiàn)刻錄模擬.

　　并擁有強大的C平臺IDE以及HYCON模擬軟件分析工具與GUI等支持.

　　3.2. 功能說(shuō)明

　　3.2.1. 溫度設定

　　TPS量測圖: ADC內部的PGA放大1倍，ADGN放大1倍，參考電壓由VDDA –VSS供給，則ΔVR_I=1.2V

　　TPS初始化設置與計算方式如下操作：

　　啟用ADC則TPS的功能隨即被自動(dòng)啟用。

　　本范例程序只使用VTSP1 / VTSN1進(jìn)行TPS量測.

　　測量TSP0 / TSN0 時(shí)，ADINP[3:0]設置<0110>且ADINN[3:0]設置<0111>

　　測量TSP1 / TSN1 時(shí)，ADINP[3:0]設置<0111>且ADINN[3:0]設置<0110>

　　l 精準的溫度校正(搭配Copper方式)進(jìn)行量測步驟:

　　STEP1:

　　測量得VTSP0 / VTSN0與VTSP1 / VTSN1的數值后，在同一溫度TA(℃)下，量測到V_TPS0與V_TPS1的ADC數值.

　　STEP2:

　　將兩數相加并取平均值即可求得在溫度TA(℃)下測得TPS相對應的ADC數值V_TPS@TA)

　　STEP3:

　　再帶回TPS增益公式,計算G_TPS.

　　STEP4:

　　最后將ADC平均值(VTS@Ta)除以G_TPS,求得實(shí)際溫度(代入公式)

　　實(shí)際溫度　= (VTS@Ta / G_TPS) – (273.15+T_offset)

　　3.2.2. 觸控設定

　　內建硬件觸控模塊(使用模擬比較器方塊)

　　 觸控原理說(shuō)明(程控方式)：

　　STEP1: 將CMP的CPIS(短路)，讓CH1上的Cref通過(guò)RLO接到VSS進(jìn)行放電.

　　STEP2: 啟動(dòng)CMP,預設CMPO=High,并且讓Timer B開(kāi)始計數.

　　STEP3: 啟動(dòng)Non-over lap，使VDD對Touch Key(CL1)充電,sharing to CH1,使CH1電位慢慢提升,當提升到比較點(diǎn)RLO電位時(shí)，比較器會(huì )轉態(tài)(CMPO=Low).

　　STEP4: 關(guān)閉Timer B計數功能(透過(guò)CMPO Flag判斷關(guān)閉 Timer B).

　　STEP5: 紀錄Timer B count,并判斷是否大于門(mén)坎值(Yes表示有按鍵).

　　STEP6: 重復放電到充電的循環(huán),依序掃描各Touch Key(CL1~CL4)

　　Note:

　　Cref = 100nF

　　Charge sharing power= 3V

　　Non-overlap clock = TBCLK=HAO/4=500KHz

　　Timer B Enable Flag is CMPO.

　　RLO=4/16*VDD=0.75V

　　CPUCLK=HAO;

　　Comparator: low power