基于TDC-GP2的時(shí)差式超聲流量計的設計
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該系統使用AVR單片機ATmega32作為系統控制器。其中En_Start，En_Stop1，En_Stop2分別為TDC-GP2的start，stop1，stop2的使能控制端，連接至ATmega32控制芯片的I／O口。INTN為TDC-GP2的中斷信號輸出端，RSTN為TDC-GP2復位信號輸入端。TDC-GP2的SPI口(圖3中SSN，SCK，MOSI，MISO端)與ATmega32的SPI口直接相連，進(jìn)行數據通信。TDC測量單元中，所有工作模式的選擇、數據傳輸以及最終數據的分析與計算都是由單片機來(lái)完成的。TDC-GP2提供的SPI接口的數據位為8 b，方便與單片機通信，由單片機對其進(jìn)行寄存器的配置、工作狀態(tài)的設定和數據傳輸。
TDC-GP2主要由TDC測量模塊，16位算術(shù)邏輯模塊(ALU)，溫度測量模塊以及4線(xiàn)SPI串行數據接口組成。通過(guò)4線(xiàn)SPI與控制器相連，具有最高1 MHz的連續數據輸出。通過(guò)配置內部寄存器，設置TDC-GP2的測量范圍、信號觸發(fā)方式等，使得用戶(hù)能夠對該芯片進(jìn)行靈活應用。
時(shí)間測量單元使用的是TDC-GP2的測量范圍2，其時(shí)間計算圖如圖4所示。此時(shí)，只有一個(gè)stop通道對應start通道；典型的分辨率為50 ps RMS；間隔脈沖對的分辨率為2Tref；有3次采樣能力；測量范圍為2Tref～4 ms；可選上升／下降沿觸發(fā)；每個(gè)單獨stop信號都有一個(gè)精度為10 ns的可調窗口，可提供準確的stop使能。TDC的核心測量單元并不時(shí)刻都在工作，僅測量從start和stop到相鄰的基準時(shí)鐘上升沿之間的間隔時(shí)間，如圖4所示。測量時(shí)間為：
time=Tref×[Coasecount+(Finecount2-Finecount1)]／(cal2-cal1)本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/193981.htm
在本系統中，start信號由I／O口產(chǎn)生，用來(lái)觸發(fā)TDC啟動(dòng)測量。當激勵端使得一換能器發(fā)出超聲信號后，另一超聲波換能器在接收到聲信號后，將其轉換成電信號，此時(shí)的電信號幅值很小，僅為毫伏級，而且會(huì )帶有較多的干擾和噪聲，模擬電路部分需要經(jīng)過(guò)隔直選頻和放大(信號幅值為3 V左右)，得到幅值較大、波形規整的近似變幅正弦波，該波的幅值由零遞增，在達到最大值后再緩慢衰減。最后進(jìn)行過(guò)零檢測，確定stop信號到來(lái)時(shí)刻。
2．2 系統的軟件設計
系統上電后，首先進(jìn)行系統初始化并從存儲芯片讀取必要的參數，然后程序就會(huì )進(jìn)入測量功能的大循環(huán)。人們關(guān)注的是累積流量的數值，實(shí)際應用中．一般認為在短時(shí)間內的瞬時(shí)流量是不變的，因此只需每隔一段時(shí)間測量一次瞬時(shí)流量值，此瞬時(shí)流量值與時(shí)間的乘積就作為這段時(shí)間內的累積流量。為了降低系統功耗，只有在系統到達定時(shí)時(shí)間或者有按鍵觸發(fā)中斷時(shí)，系統由休眠狀態(tài)被喚醒，進(jìn)入工作狀態(tài)。
系統總流程圖如圖5所示。
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