以HY16F198B實現(xiàn)觸控溫度計應(yīng)用設(shè)計

　1. 內(nèi)容簡介

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

　　2. 原理說明

　　2.1. 量測原理

　　本應(yīng)用的溫度量測組件是采用，IC內(nèi)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0°K曲線，其具以下特色溫度傳感器在環(huán)境溫度為0°K時期輸出的電壓值V_TPS@0°K =0V，透過測量方式可使得模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的偏移電壓(V_ADC-OFFSET)與BJT之不對稱性(I_S1≠I_S2)自動抵銷。校正溫度僅需單點校正。

　　HY16F啟用時，TPS的功能隨即被自動啟用。

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

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

　　TPS增益公式

　　2.2. 控制芯片

　　單片機簡介：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)

　　特點說明:

　　(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(nèi)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(nèi)存64KB Flash ROM

　　(5)數(shù)據(jù)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(shù)字轉(zhuǎn)換器

　　(7.1)內(nèi)置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可達128倍放大。

　　(7.2)內(nèi)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(shù)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時鐘功能模塊

　　(16)硬件Touch KEY功能模塊

　　(17)硬件 LCD Driver 4x36,6x34

　　3. 系統(tǒng)設(shè)計

　　3.1. 硬件說明

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

　　(A) MCU：HY16F198B

　　(B) 顯示方式： HY16F198B內(nèi)部硬件驅(qū)動4x36 LCD (LCD Driver Segment 4X36)

　　(C) 電源電路：5.0V轉(zhuǎn)3.3V電源系統(tǒng)

　　(D) 模擬感測模塊：內(nèi)部ADC

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

　　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. 功能說明

　　3.2.1. 溫度設(shè)定

　　TPS量測圖: ADC內(nèi)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(shè)置與計算方式如下操作：

　　啟用ADC則TPS的功能隨即被自動啟用。

　　本范例程序只使用VTSP1 / VTSN1進行TPS量測.

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

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

　　l 精準的溫度校正(搭配Copper方式)進行量測步驟:

　　STEP1:

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

　　STEP2:

　　將兩數(shù)相加并取平均值即可求得在溫度TA(℃)下測得TPS相對應(yīng)的ADC數(shù)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,求得實際溫度(代入公式)

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

　　3.2.2. 觸控設(shè)定

　　內(nèi)建硬件觸控模塊(使用模擬比較器方塊)

　　 觸控原理說明(程控方式)：

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

　　STEP2: 啟動CMP,預(yù)設(shè)CMPO=High,并且讓Timer B開始計數(shù).

　　STEP3: 啟動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RLO電位時，比較器會轉(zhuǎn)態(tài)(CMPO=Low).

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

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

　　STEP6: 重復(fù)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