以HY16F198B实现触控温度计应用设计

　1. 内容简介

　　温度的量测应用非常的广泛，从农业上的气温观测，及日常防疫的体温量测至工业上的半导体制程，温度都是相当重要的一个指标及依据。本文主要是介绍HYCON HY16F Series芯片在温度量测应用，并透过Touch Key的界面进行操作。由于HY16F198B芯片内部集成高精度∑△ADC，且ADC输出频率最快可以到达10kHz，并搭配内部LCD驱动完成显示。HY16F198B用于温度量测，不需外接的感测组件，达到周边电路简单且省电的应用.

　　2. 原理说明

　　2.1. 量测原理

　　本应用的温度量测组件是采用，IC内部的绝对温度传感器TPS，绝对温度传感器由二极管(BJT)组成，其电压信号对温度的变化为一通过0°K曲线，其具以下特色温度传感器在环境温度为0°K时期输出的电压值 V_TPS@0°K =0V ，透过测量方式可使得模拟数字转换器ADC的偏移电压( V_ADC-OFFSET )与BJT之不对称性( I_S1 ≠ I_S2 )自动抵销。校正温度仅需单点校正。

　　HY16F启用时，TPS的功能随即被自动启用。

　　在同一温度TA(℃)下，量测到 V_TPS0 与 V_TPS1 的数值后，将两数相加并取平均值即可求得在温度TA下测得TPS相对应的电压值 V_TPS@TA 。

　　TPS的输出电压 V_TPS 对温度变化为一线性曲线，故可推倒得出其增益值 G_TPS (或称斜率)

　　TPS增益公式

　　2.2. 控制芯片

　　单片机简介：HY16F系列32位高性能Flash单片机(HY16F198B)

　　HY16F系列32位高性能Flash单片机(HY16F198B)

　　特点说明:

　　(1)采用最新Andes 32位CPU核心N801处理器。

　　(2)电压操作范围2.2~3.6V，以及-40℃~85℃工作温度范围。

　　(3)支持外部16MHz石英震荡器或内部16MHz高精度RC震荡器.

　　(3.1)运行模式 0.6mA@2MHz/2

　　(3.2)待机模式 5uA@ LSRC=34KHz+IDLE Mode

　　(3.3)休眠模式 2.5uA

　　(4)程序内存64KB Flash ROM

　　(5)数据存储器8KB SRAM

　　(6)拥有BOR and WDT功能，可防止CPU死机。

　　(7)24-bit高精准度ΣΔADC模拟数字转换器

　　(7.1)内置PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可达128倍放大。

　　(7.2)内置温度传感器TPS。

　　(8)超低输入噪声运算放大器OPAMP。

　　(9)16-bit Timer A

　　(10)16-bit Timer B模块俱PWM波形产生功能

　　(11)16-bit Timer C 模块俱数字Capture/Compare 功能

　　(12)硬件串行通讯SPI模块

　　(13)硬件串行通讯I2C模块

　　(14)硬件串行通讯UART模块

　　(15)硬件RTC时钟功能模块

　　(16)硬件Touch KEY功能模块

　　(17)硬件 LCD Driver 4x36,6x34

　　3. 系统设计

　　3.1. 硬件说明

　　使用HY16F198B对于触控温度计的应用，整体电路就只需HY16F开发板上之Touch Key及LCD显示温度.

　　(A) MCU：HY16F198B

　　(B) 显示方式： HY16F198B内部硬件驱动4x36 LCD (LCD Driver Segment 4X36)

　　(C) 电源电路：5.0V转3.3V电源系统

　　(D) 模拟感测模块：内部ADC

　　(E) 在线刻录与ICE链接电路，透过EDM的连接，可支持在线刻录模拟.

　　并拥有强大的C平台IDE以及HYCON模拟软件分析工具与GUI等支持.

　　3.2. 功能说明

　　3.2.1. 温度设定

　　TPS量测图: ADC内部的PGA放大1倍，ADGN放大1倍，参考电压由VDDA –VSS供给，则ΔVR_I=1.2V

　　TPS初始化设置与计算方式如下操作：

　　启用ADC则TPS的功能随即被自动启用。

　　本范例程序只使用VTSP1 / VTSN1进行TPS量测.

　　测量TSP0 / TSN0 时，ADINP[3:0]设置<0110>且ADINN[3:0]设置<0111>

　　测量TSP1 / TSN1 时，ADINP[3:0]设置<0111>且ADINN[3:0]设置<0110>

　　l 精准的温度校正(搭配Copper方式)进行量测步骤:

　　STEP1:

　　测量得VTSP0 / VTSN0与VTSP1 / VTSN1的数值后，在同一温度TA(℃)下，量测到 V_TPS0 与 V_TPS1 的ADC数值.

　　STEP2:

　　将两数相加并取平均值即可求得在温度TA(℃)下测得TPS相对应的ADC数值 V_TPS@TA )

　　STEP3:

　　再带回TPS增益公式,计算 G_TPS .

　　STEP4:

　　最后将ADC平均值(VTS@Ta)除以 G_TPS ,求得实际温度(代入公式)

　　实际温度　= (VTS@Ta /  G_TPS ) – (273.15+ T_offset )

　　3.2.2. 触控设定

　　内建硬件触控模块(使用模拟比较器方块)

　　 触控原理说明(程控方式)：

　　STEP1: 将CMP的CPIS(短路)，让CH1上的Cref通过RLO接到VSS进行放电.

　　STEP2: 启动CMP,预设CMPO=High,并且让Timer B开始计数.

　　STEP3: 启动Non-over lap，使VDD对Touch Key(CL1)充电,sharing to CH1,使CH1电位慢慢提升,当提升到比较点RLO电位时，比较器会转态(CMPO=Low).

　　STEP4: 关闭Timer B计数功能(透过CMPO Flag判断关闭 Timer B).

　　STEP5: 纪录Timer B count,并判断是否大于门坎值(Yes表示有按键).

　　STEP6: 重复放电到充电的循环,依序扫描各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

　　4. 操作流程

　　4.1. 操作方法

　　 上电后，显示温度

　　 Touch Key功能说明:

　　Touch Key1: 开/关/温度递增

　　Touch Key2: 温度递减

　　Touch Key3:(进入或离开)温度校正调整

　　Touch Key4: (进入或离开)触控校正调整

　　 温度校正调整

　　STEP1:在显示温度情况下，透过Touch Key3可进入温度校正调整画面.

　　温度校正调整画面

　　STEP2:在温度校正调整模式下

　　  Touch Key1可递增温度.

　　  Touch Key2可递减温度.

　　  Touch Key3长压(1秒以上)可离开温度校正调整模式.

　　 触控校正调整

　　在显示温度情况下，透过Touch Key4可进入触控校正调整.

　　在触控校正调整模式LCD会依序出现如下:

　　888888 -> 777777 -> 666666 -> 555555 ->

　　994444->(请按下Touch Key1)-> 993333->(请按下Touch Key2)->

　　992222->(请按下Touch Key3)-> 991111->(请按下Touch Key4)->

　　回到显示温度模式.

　　4.2. 程序流程

　　4.2.1. Main Loop流程图:

　　4.2.2. 温度校正模式流程图:

　　4.2.3. 触控校正模式流程图:

　　5. 技术规格

　　(1) VDD=3.3V

　　(2) 功耗:工作模式约2.24mA(HAO=4MHz,ADC Enable)

　　(3) 适用范围：各种环境温度量测

　　(4) 工作温度:-40℃~ +85℃

　　(5) 存贮温度：-55℃ ～ +125℃;

　　(6) 相对湿度：<95%(20±5℃条件)

　　6. 结果总结

　　以HY16F198B高精准度ΣΔADC,搭配内建的TPS温度感测模式,可大幅减少外部组件,达到环境温度监控的功能.并使用内建硬件触控模块(使用模拟比较器方块),完成触控按键功能.

　　7. 参考文献

　　[1] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/APD-HY16F010_TC.pdf

　　纮康科技HY16F188 触控温度计

　　[2] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/DS-HY16F198_TC.pdf

　　纮康科技HY16F198 Datasheet.

　　[3] http://www.hycontek.com/attachments/MSP/UG-HY16F198_TC.pdf

　　纮康科技HY16F198 User Guide.