超聲波流量計數(shù)字化控制技術(shù)的應(yīng)用形式

一、超聲波流量計采用AVR***單片機控制單片機是一種在一塊芯片上集成了CPU．RAM／ROM、定時器／計數(shù)器和I／O接口等單元的微控制芯片，具有速度快，功能強、效率高、體積小，性能可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點，在各種控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。單片機的CPU經(jīng)歷了由4、8，16、32直至64位的發(fā)展過程。在超聲波發(fā)生器中，單片機主要用作數(shù)據(jù)采集和運算處理、電壓電流調(diào)節(jié)、PWM信號生成、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和故障自我診斷等，一般作為整個電路的主控芯片運行，完成多種綜合功能。配合D／A轉(zhuǎn)換器和MOSFET功率模塊實現(xiàn)脈寬調(diào)制．另外，單片機還具有對過流，過熱。欠壓等情況的中斷保護以及監(jiān)控功能。單片機控制克服了模擬電路的固有缺陷，通過數(shù)字化的控制方法，得到高精度和高穩(wěn)定度的控制特性，并可實現(xiàn)靈活多樣的控制功能。

二、超聲波流量計采用DSP控制數(shù)字信號處理器{DSP}是近年來迅速崛起的新一代可編程處理器。其內(nèi)部集成了波特率超聲波發(fā)生器和FiFO緩沖器，提供高速同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口，有的片內(nèi)還集成了采樣／保持和A／D轉(zhuǎn)換電路，并提供PWM信號輸出。與單片機相比，DSP具有更快的CPU。更高的集成度和更大容量的存儲器。DSP屬于精簡指令系統(tǒng)計算機(Risc)，大多數(shù)指令都能在一個周期內(nèi)完成并可通過并行處理技術(shù)，在一個指令周期內(nèi)完成多條指令。同時，DSP采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存儲程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增加了多級流水線。使其具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。而單片機為復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(CiSC)，多數(shù)指令要2-3個指令周期才能完成．單片機采用諾依曼結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)在同一空間存儲，同一時刻只能單獨訪問指令或數(shù)據(jù)。單片機的ALU只能做加法，而乘法則需要由軟件來實現(xiàn)，因而需要占用較多的指令周期，速度比較慢。與16位單片機相比。DSP執(zhí)行單指令的時間快8—10倍，一次乘法運算時間快16-30倍。在超聲波發(fā)生器中。DSP可以完成除功率變換以外的所有功能，如主電路控制、系統(tǒng)實日十監(jiān)控及保護雖然DSP有著許多優(yōu)點，但是它也存在一些局限性，如采樣頻率的選擇、PWM信號頻率及其精度、采樣延時、運算時間及精度等。這些因素會或多或少地影響超聲波流量計電路的控制性能。

三、超聲波流量計采用FPGA控制現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)屬于可重構(gòu)器件，其內(nèi)部邏輯功能可以根據(jù)需要任意設(shè)定，具有集成度高、處理速度快。效率高等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)主要分為三部分：可編程邏輯塊、可編程I／O模塊、可編程內(nèi)部連線。由于FPGA的集成度非常大，一片F(xiàn)PGA少則幾千個等效門，多則幾萬或幾十萬千等效門。所以一片F(xiàn)PGA就可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯．替代多塊集成電路和分立元件組成的電路。它借助于硬件描述語言(VHDL)來對系統(tǒng)進行設(shè)計，采用三個層次(行為描述、PJL描述、門級描述)的硬件描述和自上至下(從系統(tǒng)功能描述開始)的設(shè)計風(fēng)格，能對三個層次的描述進行混合仿真，從而可以方便地進行數(shù)字電路設(shè)計，在可靠性、體積、成本上具有相當(dāng)優(yōu)勢．比較而言，DSP適合取樣速率低和軟件復(fù)雜程度高的場合使用；而當(dāng)系統(tǒng)取樣速率高(MHz級)，數(shù)據(jù)率高(20MB／s以上)、條件操作少、任務(wù)比較固定時，F(xiàn)PGA更有優(yōu)勢。