一種基于CPLD的超聲波測厚系統的設計

(1)儀器上電，進(jìn)入測量狀態(tài)，CPU首先對CPLD進(jìn)行初始化，使計數器及鎖存器清零，CPLD等待CPU的發(fā)射請求。
(2)若接收到CPU的發(fā)射請求，CPLD產(chǎn)生一個(gè)幾百納秒的觸發(fā)信號，開(kāi)通高壓電路，激勵探頭產(chǎn)生超聲波，同時(shí)啟動(dòng)計數器開(kāi)始計數。根據測厚儀1～300 mm的測量范圍，采用軟件自帶的一個(gè)16位計數器即可涵蓋所需要的測量范圍。如果CPLD的資源比較緊張，還可以用VerilogHDL語(yǔ)言設計一個(gè)合適位數的計數器(例如12位計數器)，以達到合理利用資源的效果。
(3)如果CPLD在合理的時(shí)間內未接收到回波信號，則回波有效標志位為0，鎖存器里的數據無(wú)效，CPU不讀取。當CPLD接收到回波信號時(shí)，還需對接收的回波信號做寬度檢測，僅當回波寬度在合理范圍內，才認為是有效的，回波寬度檢測是為了避免由于探頭藕合不良而引起讀數不準確的情況。
(4)CPLD檢測到有效回波時(shí)，鎖存回波從發(fā)射到接收所用的時(shí)間、回波的前沿及后沿等相關(guān)信息，回波有效標志位置1，CPU讀取所需的信息。值得注意的是，在超聲測厚儀回波的數據采集中，只檢測回波的前、后沿，根據對稱(chēng)性計算出其中點(diǎn)，而不必花費更多的資源計算其峰值。這樣做使儀器的結構更簡(jiǎn)單，體積更小巧，功耗也較低。本程序進(jìn)行連續采集256次數據累加求厚度的平均值，再進(jìn)行十六進(jìn)制到十進(jìn)制的轉換，顯示出十進(jìn)制的厚度值。

5 結束語(yǔ)
超聲測厚儀中應用低功耗CPLD，可降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高系統的可靠性，縮小設計的物理體積，靈活性更好，而且在滿(mǎn)足測量精度的前提下，大大降低了儀器整體的靜態(tài)功耗。本系統的結論：
(1)本系統探頭及測厚不受工件形狀厚薄限制，靈敏度高。
(2)本系統性能指標達到如下數值：
探傷靈敏度余量>=46 dB；
垂直線(xiàn)性誤差=5％；
水平線(xiàn)性誤差=1％；
衰減精度每12 dB±0．6；
分辯率>=22 dB；
動(dòng)態(tài)范圍>=32 dB；
測厚精度0．05 mm。