超声波流量计系统的探讨   七

3.6 高速数据采集电路设计

设计中采用的超声换能器频率为1MHz，根据采样定理，采样率至少要达到2MHz 以上。片上AD 模块最高速率可达12.5MHz，可以满足该采样要求。但是，为了提高系统精度，设计中选用了TI 公司的高速流水线型AD 转换芯片ADS805。该AD 芯片的采样速率最高可达20MHz，动态范围可设为2Vp-p 到5Vp-p，信噪比（SNR）为68dB，能够很好的满足设计需求。

图3.5 为ADS805 的时序图，由图可知，ADS805 的数据需要延时6 个时钟周期才能输出，可在Clock 时钟的下降沿读取有效数据。

图3.6 是高速信号采集电路，采用TI 的高速运算放大器OPA842 将输入信号缓冲放大后送入ADS805 的正相输入端。该款运放的带宽可达200MHz，能够满足这里的带宽需求。

设计中：

1) 将ADS805 的SEL 管脚接地，ADC 的输入范围为0—5V；

2) 将VREF 和IN_相连，采用内部的基准电压2.5V；

3) B1-B12 直接与F28335 的Xintf 外部扩展接口D11-D0 相连，VDRV 引脚与3.3V 电源相连，提供输出参考电平；

4) 以0V 为参考的前端信号经过OPA842 放大1 倍后，通过隔直抬起电路变换为以2.5V为参考的信号。这样做的好处是可以使OPA842 工作在较低的电压，保证其低失真度，同时留有足够的电源裕量。

5) 使能信号ADCSn 由F28335 的GPIO 口输出。ADCLK 由F28335 的ePWM1 产生

并通过ePWM1A 输出作为ADA805 的时钟信号。设计中，ADCSn 和ADCLK 信号线冲现象比较明显，通过添加滤波电容进行整形。

3.7 人机交互电路设计

系统中选用一块FM12864M-12L 液晶作为人机交互界面。该液晶模块采用带字库的ST7920 作为核心控制器。设计中采用了并口连接方式，读写逻辑设计简单。该设计中：

1) 将LCD 液晶挂载到F28335 的Xintf 外部扩展接口并通过三个GPIO 口输出液晶逻辑控制信号；

2) 在LCD 液晶与Xintf 接口之间加入TI 的SN74LVC245A 芯片来屏蔽由LCD 液晶与ADS805 共用Xintf 接口而对超声波信号造成的干扰。该芯片为8 路同相三态双向总线收发器，具有很好的隔离作用。

图3.7 为人机交互模块电路图。F28335 是一种高速设备，12864 液晶是一种相对慢速设备。使用F28335 直接驱动LCD 液晶，需要特别注意时序问题以及LCD 液晶命令执行的时间延迟。

超声波流量计