超声波流量计系统的探讨  四

2.4 超声波驱动脉冲信号研究

超声波驱动脉冲会对系统接收到的回波信号大小和质量造成很大影响。驱动脉冲可以是正弦信号，也可以是脉冲信号。在本设计中选用的换能器的驱动信号为脉冲信号。脉冲信号作为换能器的驱动信号，脉冲宽度就成为影响超声波信号质量的关键因素。要使换能器工作在最佳状态，就需要使脉冲宽度与超声换能器频率之间保持一定的关系，使换能器输出信号的信噪比最高。

从图2.5 信号的幅频特性来看，假设脉冲的宽度是2a，其直流成分的幅度最大，然后幅值慢慢减小到零，然后在(2n+1)/2a (n=1, 2, 3...)的位置幅频曲线再次出现峰值，并且随着n的增大，峰值逐渐减弱直至为零。系统发送的脉冲信号在传感器的中心频率处最强时，传感器的输出特性会达到最佳；但是另一方面脉冲宽度也不能太大，否则会给接收传感器带来很大的干扰，致使接收电路无法识别接收到的信号是否是真实信号。因此，将中心频率对应的角频率取在偏离直流信号一定角频率的第一个峰值w = 3π / 2a 处。

其中， 0 f 是超声换能器中心频率，2a 是驱动信号的脉冲宽度。设计中采用的超声换能器的中心频率是1MHz，根据式(2.13)可计算出脉冲宽度是1.5us。

2.5 AD 时钟信号及DMA 同步信号产生

在该设计中超声波信号AD 转换采用TI 的AD 转换芯片ADS805，其采样频率可达20MHz。ADS805 与F28335 的Xintf 外部扩展接口直接相连，通过F28335 片上外设DMA高速读取AD 转换后的数据，省去了高速数据采集中常用的FIFO 缓存单元。系统中采用F28335 的片上外设ePWM 产生AD 转换所需要的时钟信号及DMA 的同步信号。测试中F28335 工作在150MHz，通过配置ePWM 由ePWM1A 产生占空比为50%且频率为20MHz 的时钟作为ADC 的采样频率。同时，由EPWM1SOCA 产生与AD 时钟信号同频反相的触发源，作为DMA 传输的同步信号。不再需要外部逻辑控制器件进行同步干预。

该方法有以下几个优点：

1) 充分利用F28335 丰富的片上外设，避免不必要的逻辑器件及FIFO 器件扩展，有利于压缩系统成本；

2) 结合ePWM 产生的DMA 同步信号能够高速准确的读取数据，同时避免了使用中断的压栈和出栈耗时。

3) 使用DMA 读取AD 转换数据，能够有效降低CPU 资源消耗。

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