以HY16F198B實現觸控溫度計應用設計

　1. 內容簡介

　　溫度的量測應用非常的廣泛，從農業上的氣溫觀測，及日常防疫的體溫量測至工業上的半導體制程，溫度都是相當重要的一個指標及依據。本文主要是介紹HYCON HY16F Series芯片在溫度量測應用，并透過Touch Key的界面進行操作。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用.

　　2. 原理說明

　　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0°K曲線，其具以下特色溫度傳感器在環境溫度為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字轉換器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. 硬件說明

　　使用HY16F198B對于觸控溫度計的應用，整體電路就只需HY16F開發板上之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]設置<0110>且ADINN[3:0]設置<0111>

　　測量TSP1 / TSN1 時，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. 觸控設定

　　內建硬件觸控模塊(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,預設CMPO=High,并且讓Timer B開始計數.

　　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，比較器會轉態(CMPO=Low).

　　STEP4: 關閉Timer B計數功能(透過CMPO Flag判斷關閉 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: 重復放電到充電的循環,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