基于HY16F188的触控温度计设计方案

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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 HY16F188 Series芯片在温度量测上的应用，并透过Touch Key的界面进行操作。由于HY16F188芯片内部集成高精度∑△ADC，且ADC输出频率最快可以到达10KHZ，藉由外部LCD驱动IC HY2613B完成显示。HY16F188用于温度上的量测，不需外接的感测组件即完成，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VTPS@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(VADC-OFFSET)与BJT之不对称性(IS1≠IS2)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VTPS0与VTPS1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VTPS@TA。TPS的输出电压VTPS对温度变化为一线性曲线，故可推倒得出其增益值GTPS(或称斜率)



2.2控制芯片

单片机简介：HY16F系列32位高性能Flash单片机(HY16F188)


纮康HY16F系列32位高性能Flash单片机(HY16F188)

(1)采用最新Andes 32位CPU核心N801处理器。

(2)电压操作范围2.4~3.6V，以及-40℃~85℃工作温度范围。

(3)支持外部20MHz石英震荡器或内部20MHz高精度RC震荡器，拥有多种CPU工作频率切换选择，可让使用者达到最佳省电规划。

(3.1)运行模式 350uA＠2MHz/2(3.2)待机模式 10uA@32KHz/2(3.3)休眠模式 2.5uA

(4)程序内存64KBytes Flash ROM

(5)数据存储器08KBytes 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模块具PWM波形产生功能


(11)16-bit Timer C 模块具数字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

3.系统设计

3.1硬件说明

HY16F188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显示芯片及LCD。



3.2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


3.3触控设定



如上图 所示，TOUCH KEY 外围电路连接简单，只需再CMP的正输入端CH1端接入一个参考电容Cref=10nf；CMP的正输入端配置为CH1，与touch key pad的CH1端连接；负输入端配置为RLC，与NON-OVERLAP 的输出端RLO连接；NON-OVERLAP的电压源选择VDD18=1.8v，且CPRLS=1短路22.5R与20R电阻，设置NON-OVERLAP分压输出为1/16R；启动TMB且计数源为CMPO。透过设置CPIS=1，令CMP的输入端短路，将CH1上的Cref电容上的电量通过RLO接到VSS，进行完全放电；启动比较器及TMB开始计数，启动NON-OVERLAP，让VDD对touch pad 充电，由于NON-OVERLAP的开关功能，touch PAD对CH1 Cref充电，使得CH1端电压慢慢上升，当CH1端电压上升到RLO电位时，比较器输出转态CMPO=0，产生CMP中断标志位，停止TMB计数并记录TMBR计数值，与设定的TOUCH KEY计数临界值比较，若小于临界值，表示有触摸Touch Pad，反则，没有触摸Touch Pad。分别对不同的touch pad扫描。

3.4显示设置

电路MCU通过IIC与LCD Driver通讯，电路简单，操作方便，只须将数据发送给LCD driver HY2613，MCU就可以处理其他事情，且更新数据方便。

 

4.操作流程

一开机后，随即会显是当下温度，触摸Touch Key1会使程序进入Idle Mode，程序进入Idle Mode后，开启TimeA开始计数，每0.3S唤醒一次扫Touch Key1判断Touch Key1是否被触碰，如有则离开Idle Mode。

在显示温度情况下如按下Touch Key3，则会进入温度校正模式。

在显示温度情况下如按下Touch Key4，则会进入触控校正模式。

在温度校正模式下，一开始16F会自动抓取现在AD value并记录下来，完成后用户需透过Touch Key1、2设定现在温度，设定完成后再次触摸Touch Key3及设定完成，离开温度校正子程序。

在触控校正模式下，一开始16F会自动抓取untouch value，此时LCD会自动倒数。在倒数时切勿碰触Touch Key。当自动抓取完成后，LCD会依序出现994444、99333、99222、991111，用户需一出现数字触摸对应Touch Key。对应表如下表1

4.1程序流程