1. 簡介

　　工業(yè)上的應用對于電壓及電流的量測，是基本卻也是  重要的。工業(yè)上的壓力、溫度、濕度等。許多測量都是透過感測器后將物理訊號變成電壓或者電流，再透過電子儀器的解析后顯示于儀表上，因此如何量測到精準的電壓、電流是相當重要的。本文主要是介紹HYCON HY16F198B Series晶片在電壓電流量測的應用。

　　由于HY16F198B晶片內(nèi)部集成高  ΣΔADC，且ADC輸出頻率  快可以到達10kHz，并搭配內(nèi)部硬體LCD驅(qū)動，完成HY16F198B用于電壓電流的量測時，擁有相當高的精準度。

　　2. 原理說明

　　2.1. 量測原理：

　　基于HY16F198B晶片實現(xiàn)電壓電流測量計的應用設計

　　2.1.1. 電壓量測：

　　電路圖如圖1所示，此電路為簡易分壓電路，分壓比例20:1，并由于程式設定關系，AIO0、AIO1兩端電壓差  為1.2V。因此量測電壓上限為20V。

　　2.1.2. 電流量測：

　　電路圖如圖2所示，分法為當電流源流過10Ω電阻時，產(chǎn)生電壓差。透過量測電壓差方式反推流經(jīng)電流大小。

　　解析度分為外部解析度和內(nèi)部解析度，外部解析度為  量測的輸出電壓值與需要識別的  電壓值的電壓值之比，本應用  量測電壓值為10mV。

　　一般我們以目視法認定的內(nèi)部解析度通常是指我們經(jīng)軟體處理后LCD顯示只有1格滾動時，此時滿量程的格數(shù)就是內(nèi)部解析度，其1格所代表的訊號約為2-3倍RMS Noise。

　　內(nèi)外解析度之比越小，電壓電流表  越高，但內(nèi)外解析度之比是有限制的。比如滿量程壓差為1.1V，要做到2000 Count，內(nèi)外比為1：10的電壓電流表，如果不經(jīng)過信號放大，那  要處理的信號為1.1V/（2000×10）=55uV。而HY16F198B的ADC所能處理的  信號值大約為65nV，所以要完成此規(guī)格的量測示相當容易且精準的。

　　ADC性能能否達到規(guī)格要求，通常是以RMS Noise來推算外部是否穩(wěn)定內(nèi)部解析度比值。對于開發(fā)電子產(chǎn)品而言，使用HY16F198B晶片其所能達到的  內(nèi)部解析度的瓶頸在于Input RMS Noise而不在于ADC的解析度。HY16F198B的ADC待測信號在由PGA、AD倍率調(diào)整器的放大后（PGA=32，ADGN=4），經(jīng)OSR=32768每秒輸出10筆ADC值的條件下，其Input RMS Noise約為65nV，但由于其Input Noise主要由Thermal Noise組成，所以如果我們透過平均的軟體處理是可以再將Input Noise進一步降低。

　　如果我們使用8筆的軟體平均處理其Input RMS Noise考慮其他雜訊因素后，可達約為40nV，3倍RMS Noise代表約1格的滾動，即為120nV。在使用2.4V驅(qū)動電壓，1mV/V的滿量程時壓差可達2.4mV，所以在此情形下我們可以得到20000 Counts的內(nèi)部解析度。

　　2.2. 控制晶片

　　單片機簡介：HY16F系列32位元高性能Flash單片機（HY16F198B）

　　HY16F系列32位元高性能Flash單片機（HY16F198B）

　　特點說明：

　　（1）採用  Andes 32位元CPU  N801處理器。

　?。?）電壓操作范圍2.2~3.6V，以及-40℃~85℃工作溫度范圍。

　?。?）支援外部16MHz石英震盪器或內(nèi)部16MHz高  RC震盪器。

　　（3.1）運行模式 0.6mA@2MHz/2

　?。?.2）待機模式 5uA@ LSRC=34KHz+IDLE Mode

　?。?.3）休眠模式 2.5uA

　　（4）程式記憶體64KB Flash ROM

　　（5）資料記憶體8KB SRAM

　?。?）擁有BOR and WDT功能，可防止CPU死機。

　　（7）24-bit高精準度ΣΔADC類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器

　?。?.1）內(nèi)置PGA （Programmable Gain Amplifier）  可達128倍放大。

　?。?.2）內(nèi)置溫度感測器TPS。

　?。?）超低輸入雜訊運算放大器OPAMP。

　?。?）16-bit Timer A

　?。?0）16-bit TImer B模組俱PWM波形產(chǎn)生功能

　　（11）16-bit TImer C 模組俱數(shù)位Capture/Compare 功能

　?。?2）硬體串列通訊SPI模組

　?。?3）硬體串列通訊I2C模組

　?。?4）硬體串列通訊UART模組

　?。?5）硬體RTC時鐘功能模組

　?。?6）硬體Touch KEY功能模組

　　（17）硬體 LCD Driver 4x36，6x34

　　3. 系統(tǒng)設計

　　3.1. 硬體說明

　　使用HY16F198B內(nèi)建ADC搭配外部電路進行電壓及電流量測，整體電路包含兩按鈕，分別是（模式選擇）、（測量）按鈕部分，搭配內(nèi)部硬體LCD Driver顯示量測數(shù)值。

　?。ˋ） MCU：HY16F198B

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

　?。–） 電源電路：5.0V轉(zhuǎn)3.3V電源系統(tǒng)

　　（D） 類比感測模組：內(nèi)部ADC

　　（E） 線上燒錄與ICE連結(jié)電路，透過EDM的連接，可支援線上燒錄模擬。

　　并擁有強大的C平臺IDE以及HYCON類比軟體分析工具與GUI等支援。

　　3.2. 功能說明

　　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。

　　3.2.1. 電壓量測

　　電壓量測模式下，量測范圍為±20V，搭配電壓量測電路。顯示至1mV，精準度至10mV。

　　3.2.2. 電流量測

　　電流量測主要范圍為±110mA，搭配電流量測電路。顯示及量測精準度皆為0.1mA

　　4. 操作流程

　　4.1. 操作方法

　　啟動后，首先將LCD全點亮，再進行初始化及Hycon字樣顯示。之后跳至模式選擇。

　　4.1.1. 按鍵控制說明

　　透過S2（模式按鈕）進行量測模式切換;S3（量測按鈕）代表開始量測。

　　并且每次按鍵Buzzer都會發(fā)出聲音。

　　4.1.2. 測量電壓模式

　　20V即代表±20V量測（搭配外部量測電路）

　　4.1.3. 測量電流模式

　　110mA即代表±110mA量測（搭配外部量測電路）

　　4.2. 程式流程

　　4.2.1. Main Loop流程圖：

　　4.2.2. 按鍵處理流程圖：

　　4.2.3. LCD顯示處理流程圖：

　　5. 技術(shù)規(guī)格

　?。?） VDD=3.3V

　?。?） 功耗：工作模式約2.24mA（HAO=4MHz，ADC Enable）

　?。?） 量測精準度：電壓10（mV） 以及電流0.1（mA）

　?。?） 適用范圍：量測電壓范圍（± 20V）

　　量測電流范圍（± 110mA）

　?。?） 工作溫度：-40℃~ +85℃

　　6. 結(jié)果總結(jié)

　　以HY16F198B為主控結(jié)合內(nèi)部高  、多通道輸入、快速ADC的量測。不論電壓或者電流的量測，相較于市售電表，不僅僅耗電量低于一般市售電表，在精準度上也有不輸市售電表的表現(xiàn)。HY16F198B內(nèi)部ADC不僅可用來量測電壓電流，也可以結(jié)合外部感測器進行其他量測，依然有相當不錯的表現(xiàn)。