超声波流量计数字化控制技术的应用形式

一、超声波流量计采用AVR***单片机控制单片机是一种在一块芯片上集成了CPU．RAM／ROM、定时器／计数器和I／O接口等单元的微控制芯片，具有速度快，功能强、效率高、体积小，性能可靠、抗干扰能力强等优点，在各种控制系统中应用广泛。单片机的CPU经历了由4、8，16、32直至64位的发展过程。在超声波发生器中，单片机主要用作数据采集和运算处理、电压电流调节、PWM信号生成、系统状态监控和故障自我诊断等，一般作为整个电路的主控芯片运行，完成多种综合功能。配合D／A转换器和MOSFET功率模块实现脉宽调制．另外，单片机还具有对过流，过热。欠压等情况的中断保护以及监控功能。单片机控制克服了模拟电路的固有缺陷，通过数字化的控制方法，得到高精度和高稳定度的控制特性，并可实现灵活多样的控制功能。

二、超声波流量计采用DSP控制数字信号处理器{DSP}是近年来迅速崛起的新一代可编程处理器。其内部集成了波特率超声波发生器和FiFO缓冲器，提供高速同步串口和标准异步串口，有的片内还集成了采样／保持和A／D转换电路，并提供PWM信号输出。与单片机相比，DSP具有更快的CPU。更高的集成度和更大容量的存储器。DSP属于精简指令系统计算机(Risc)，大多数指令都能在一个周期内完成并可通过并行处理技术，在一个指令周期内完成多条指令。同时，DSP采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存储程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增加了多级流水线。使其具有高速的数据运算能力。而单片机为复杂指令系统计算机(CiSC)，多数指令要2-3个指令周期才能完成．单片机采用诺依曼结构，程序和数据在同一空间存储，同一时刻只能单独访问指令或数据。单片机的ALU只能做加法，而乘法则需要由软件来实现，因而需要占用较多的指令周期，速度比较慢。与16位单片机相比。DSP执行单指令的时间快8—10倍，一次乘法运算时间快16-30倍。在超声波发生器中。DSP可以完成除功率变换以外的所有功能，如主电路控制、系统实日十监控及保护虽然DSP有着许多优点，但是它也存在一些局限性，如采样频率的选择、PWM信号频率及其精度、采样延时、运算时间及精度等。这些因素会或多或少地影响超声波流量计电路的控制性能。

三、超声波流量计采用FPGA控制现场可编程门阵列(FPGA)属于可重构器件，其内部逻辑功能可以根据需要任意设定，具有集成度高、处理速度快。效率高等优点。其结构主要分为三部分：可编程逻辑块、可编程I／O模块、可编程内部连线。由于FPGA的集成度非常大，一片FPGA少则几千个等效门，多则几万或几十万千等效门。所以一片FPGA就可以实现非常复杂的逻辑．替代多块集成电路和分立元件组成的电路。它借助于硬件描述语言(VHDL)来对系统进行设计，采用三个层次(行为描述、PJL描述、门级描述)的硬件描述和自上至下(从系统功能描述开始)的设计风格，能对三个层次的描述进行混合仿真，从而可以方便地进行数字电路设计，在可靠性、体积、成本上具有相当优势．比较而言，DSP适合取样速率低和软件复杂程度高的场合使用；而当系统取样速率高(MHz级)，数据率高(20MB／s以上)、条件操作少、任务比较固定时，FPGA更有优势。