基于CortexM3的TDC-GP22在智能超聲波水表中的應(yīng)用
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時(shí)間：2013-12-04
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TDC-GP22的脈沖發(fā)生器在小管徑的流量測(cè)量中可直接驅(qū)動(dòng)超聲波換能器，無(wú)需另外增加驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)并降低了成本；高精度的時(shí)間測(cè)量，簡(jiǎn)潔的外部電路、集成的內(nèi)部信號(hào)處理算法，超低的整體功耗測(cè)量特性使得其非常適合于超聲波水表的應(yīng)用。
因TDC-GP22是在TDC-GP21的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，所以TDC-GP22的功能、管腳、寄存器與TDC-GP21可以100%兼容（可1:1進(jìn)行替換）。TDC-GP22除了具備TDC-GP21的所有特性外，還增加了三個(gè)重要的功能。之所以說(shuō)TDC-GP22是超聲波水表電路的革命，正是與這三個(gè)新增的重要功能緊密相關(guān)有關(guān)。
1. 智能第一個(gè)回波檢測(cè)功能，使得時(shí)間窗口設(shè)置不再受時(shí)差變化影響，從而實(shí)現(xiàn)精確的脈沖間隔測(cè)量，以及回流、空管識(shí)別和報(bào)警。
2. 第一波脈沖寬度測(cè)量功能（目前市面上僅TDC-GP22可以實(shí)現(xiàn)）： GP22的脈沖寬度測(cè)量可以幫助在水表應(yīng)用中，檢測(cè)段內(nèi)是否有氣泡影響，以及檢測(cè)管段內(nèi)的長(zhǎng)期覆蓋物，給出報(bào)警信號(hào)。
3. 簡(jiǎn)化的多脈沖結(jié)果計(jì)算功能，TDC-GP22芯片將會(huì)自動(dòng)處理計(jì)算3個(gè)脈沖結(jié)果，并給出平均值。通過(guò)這種方式，簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)量的流程，測(cè)量的結(jié)果完全由TDC-GP22自動(dòng)完成，MCU僅需直接讀結(jié)果，節(jié)省單片機(jī)資源，并滿(mǎn)足水表測(cè)量速度要求。
EFM32TG840Fxx助力超聲波水表突破功耗瓶頸
通過(guò)上面的講述，我們對(duì)于TDC-GP22適用于超聲波水表的性能優(yōu)勢(shì)已經(jīng)有了比較深入的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)于在電子智能水表應(yīng)用中至關(guān)重要的功耗問(wèn)題還沒(méi)有提及。水表應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)要求水表的電池至少6年不能更換，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功耗提出了苛刻的要求，也一直制約著超聲波水表的發(fā)展。
圖4. 世強(qiáng)推出的低功耗超聲波水表方案實(shí)物圖和系統(tǒng)框圖
由于系統(tǒng)中控制器通常是耗電大戶(hù)，所以要降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，超低功耗的MCU是必需的。EFM32系列MCU是Silicon Labs公司推出的超低功耗ARM，該系列產(chǎn)品只有現(xiàn)有8位、16位、32位MCU的四分之一功耗，并且具有豐富的外設(shè)接口。EFM32TG840是屬于EFM32系列MCU中的 Tiny Gecko系列產(chǎn)品。
圖5. Silicon Labs 公司EFM32TG840Fxx系列MCU的特點(diǎn)匯總
外設(shè)方面EFM32除了提供基本的AD模塊、DA模塊、模擬比較器、UART/SPI/IIC接口、外部總線(xiàn)接口等，還提供了特色的低功耗的外設(shè)，包括低功耗的UART和定時(shí)器。EFM32的獨(dú)特的“peripheral reflex system(周邊反射系統(tǒng))”（PRS）可與標(biāo)準(zhǔn)的32 位ARM 總線(xiàn)并行，PRS 可使EFM32外設(shè)自主運(yùn)行和交流，無(wú)需CPU干預(yù)，可延長(zhǎng)CPU睡眠時(shí)間并節(jié)省大量能源。此外EFM32系列產(chǎn)品還集成了LCD控制器、RTC、LESENCE接口、AES模塊等。
基于Cortex-M3內(nèi)核的EFM32系列MCU產(chǎn)品，內(nèi)核強(qiáng)大的運(yùn)算能力減少M(fèi)CU工作狀態(tài)時(shí)間，150μA/MHz的超低運(yùn)行功耗，配合EMF32獨(dú)特的低功耗外設(shè)，超聲波水表的電池8年不用更換將成為可能。同時(shí)EFM32系列MCU的高集成度，進(jìn)一步降低客戶(hù)的系統(tǒng)成本。
本文小結(jié)
TDC-GP22超聲芯片的高集成度使得外圍電路的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，低功耗高性能的MCU極大延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。加上世強(qiáng)可提供超聲波水表的一站式解決方案（包括完整可行的軟件、原理圖、PCB示例、技術(shù)支持），無(wú)疑為水表企業(yè)更快地?fù)屨紕?chuàng)新先機(jī)做好了鋪墊開(kāi)發(fā)和上市。
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