触控温度计设计-电子工程世界

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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)
　　

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(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。

　　触控温度量测应用內部电路图

　　 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
　　内建硬件触控模块(使用模拟比较器方块)

　　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

994444	Touch Key1
993333	Touch Key2
992222	Touch Key3
991111	Touch Key4

　　4.1程序流程
　　主程序流程

　　温度校正程序

　　触控校正程序

　　5. 参考文献
　　(1) HYCON HY16F188 Series Data Sheet
　　(2) HYCON HY16F188 Series User’s Guide

关键字：触控温度计单片机引用地址：触控温度计设计

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