超聲波流量計數字化控制技術的應用形式

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、抗干擾能力強等優點，在各種控制系統中應用廣泛。單片機的CPU經歷了由4、8，16、32直至64位的發展過程。在超聲波發生器中，單片機主要用作數據采集和運算處理、電壓電流調節、PWM信號生成、系統狀態監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轉換器和MOSFET功率模塊實現脈寬調制．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控功能。單片機控制克服了模擬電路的固有缺陷，通過數字化的控制方法，得到高精度和高穩定度的控制特性，并可實現靈活多樣的控制功能。

二、超聲波流量計采用DSP控制數字信號處理器{DSP}是近年來迅速崛起的新一代可編程處理器。其內部集成了波特率超聲波發生器和FiFO緩沖器，提供高速同步串口和標準異步串口，有的片內還集成了采樣／保持和A／D轉換電路，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屬于精簡指令系統計算機(Risc)，大多數指令都能在一個周期內完成并可通過并行處理技術，在一個指令周期內完成多條指令。同時，DSP采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，允許同時存儲程序和數據。內置高速的硬件乘法器，增加了多級流水線。使其具有高速的數據運算能力。而單片機為復雜指令系統計算機(CiSC)，多數指令要2-3個指令周期才能完成．單片機采用諾依曼結構，程序和數據在同一空間存儲，同一時刻只能單獨訪問指令或數據。單片機的ALU只能做加法，而乘法則需要由軟件來實現，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、系統實日十監控及保護雖然DSP有著許多優點，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控制現場可編程門陣列(FPGA)屬于可重構器件，其內部邏輯功能可以根據需要任意設定，具有集成度高、處理速度快。效率高等優點。其結構主要分為三部分：可編程邏輯塊、可編程I／O模塊、可編程內部連線。由于FPGA的集成度非常大，一片FPGA少則幾千個等效門，多則幾萬或幾十萬千等效門。所以一片FPGA就可以實現非常復雜的邏輯．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)來對系統進行設計，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(從系統功能描述開始)的設計風格，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字電路設計，在可靠性、體積、成本上具有相當優勢．比較而言，DSP適合取樣速率低和軟件復雜程度高的場合使用；而當系統取樣速率高(MHz級)，數據率高(20MB／s以上)、條件操作少、任務比較固定時，FPGA更有優勢。