超声波流量计系统的探讨  五

3 系统硬件设计

系统的硬件设计主要包括TMS320F28335 最小系统板及外围电路设计。其中，外围电路由超声波发射电路、接收电路、切换电路、高速数据采集电路和人机交互接口电路等模块组成。

3.1 TMS320F28335 最小系统板

核心板采用瑞泰生产的TMS320F28335 最小系统板，该板将F28335 芯片引脚全部引出，并配有标准JTAG 接口、电源管理、自启动设定和复位等模块。便于二次开发。设计中所应用的F28335 的片上外设主要有：ePWM，Xintf 和DMA 等。同时，通过GPIO 口对外部扩展的AD 转换模块及LCD 液晶进行逻辑控制。

3.2 超声换能器选型

超声波流量测量系统，既要求超声波波束扩散角越小越好，同时又希望衰减越小越好。但通常这两个要求是相互矛盾的。扩散角越小时，超声波波长也越小，其频率越高，同时，超声波的频率越高，其衰减就越严重。

综合各种要求，本系统采用的换能器工作频率是1MHz。图3.1 即为本设计所使用的超声换能器。这种超声换能器收发一体，既可以作为发射换能器也可以作为接收换能器。不同于大部分超声换能器的高压驱动方式，该换能器是低压驱动，只需要9V 的驱动电压就可以发出超声波，超声波的入射角度是45°。

3.3 发射电路设计

超声换能器的驱动电压需要9V，然而F28335 的GPIO 口输出脉冲电压为3.3V，无法直接驱动超声换能器。而且，超声换能器属于容性负载，所以设计中为提高驱动能力末端采用了推挽放大电路，将驱动电压抬升至9V。驱动脉冲要求具有陡峭的上升沿和下降沿，否则会使接收的回波发生混叠。因此，在电路中使用了加速电容和低阻值的电阻，以加快驱动脉冲的边沿变化。

超声波流量计