基于TDC-GP2的時差式超聲流量計(jì)的設(shè)計(jì)
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該系統(tǒng)使用AVR單片機(jī)ATmega32作為系統(tǒng)控制器。其中En_Start，En_Stop1，En_Stop2分別為TDC-GP2的start，stop1，stop2的使能控制端，連接至ATmega32控制芯片的I／O口。INTN為TDC-GP2的中斷信號輸出端，RSTN為TDC-GP2復(fù)位信號輸入端。TDC-GP2的SPI口(圖3中SSN，SCK，MOSI，MISO端)與ATmega32的SPI口直接相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。TDC測量單元中，所有工作模式的選擇、數(shù)據(jù)傳輸以及最終數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算都是由單片機(jī)來完成的。TDC-GP2提供的SPI接口的數(shù)據(jù)位為8 b，方便與單片機(jī)通信，由單片機(jī)對其進(jìn)行寄存器的配置、工作狀態(tài)的設(shè)定和數(shù)據(jù)傳輸。
TDC-GP2主要由TDC測量模塊，16位算術(shù)邏輯模塊(ALU)，溫度測量模塊以及4線SPI串行數(shù)據(jù)接口組成。通過4線SPI與控制器相連，具有最高1 MHz的連續(xù)數(shù)據(jù)輸出。通過配置內(nèi)部寄存器，設(shè)置TDC-GP2的測量范圍、信號觸發(fā)方式等，使得用戶能夠?qū)υ撔酒M(jìn)行靈活應(yīng)用。
時間測量單元使用的是TDC-GP2的測量范圍2，其時間計(jì)算圖如圖4所示。此時，只有一個stop通道對應(yīng)start通道；典型的分辨率為50 ps RMS；間隔脈沖對的分辨率為2Tref；有3次采樣能力；測量范圍為2Tref～4 ms；可選上升／下降沿觸發(fā)；每個單獨(dú)stop信號都有一個精度為10 ns的可調(diào)窗口，可提供準(zhǔn)確的stop使能。TDC的核心測量單元并不時刻都在工作，僅測量從start和stop到相鄰的基準(zhǔn)時鐘上升沿之間的間隔時間，如圖4所示。測量時間為：
time=Tref×[Coasecount+(Finecount2-Finecount1)]／(cal2-cal1)本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/193981.htm
在本系統(tǒng)中，start信號由I／O口產(chǎn)生，用來觸發(fā)TDC啟動測量。當(dāng)激勵端使得一換能器發(fā)出超聲信號后，另一超聲波換能器在接收到聲信號后，將其轉(zhuǎn)換成電信號，此時的電信號幅值很小，僅為毫伏級，而且會帶有較多的干擾和噪聲，模擬電路部分需要經(jīng)過隔直選頻和放大(信號幅值為3 V左右)，得到幅值較大、波形規(guī)整的近似變幅正弦波，該波的幅值由零遞增，在達(dá)到最大值后再緩慢衰減。最后進(jìn)行過零檢測，確定stop信號到來時刻。
2．2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化并從存儲芯片讀取必要的參數(shù)，然后程序就會進(jìn)入測量功能的大循環(huán)。人們關(guān)注的是累積流量的數(shù)值，實(shí)際應(yīng)用中．一般認(rèn)為在短時間內(nèi)的瞬時流量是不變的，因此只需每隔一段時間測量一次瞬時流量值，此瞬時流量值與時間的乘積就作為這段時間內(nèi)的累積流量。為了降低系統(tǒng)功耗，只有在系統(tǒng)到達(dá)定時時間或者有按鍵觸發(fā)中斷時，系統(tǒng)由休眠狀態(tài)被喚醒，進(jìn)入工作狀態(tài)。
系統(tǒng)總流程圖如圖5所示。
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