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超声波发生器应用数字化控制技术分析

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超声波发生器应用数字化控制技术分析

2019-03-18 17:35

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1,采用单片机控制

单片机是一种在一块芯片桑集成了CPU、RAM/ROM、定时器/计数器和I/O接口等单元的微控制芯片,具有速度快、功能强、效率高、体积小,性能可靠、抗干扰能力强等优点,在各种空追系统中应用广泛。在超声波发生器中,单片机主要用作数据采集和运算处理、电压电流调节、PWM信号生成、系统状态监控和故障自我诊断等,一般作为整个电路的主控芯片运行,完成多种综合功能。配合D/A转换器和MOSFET功率模块实现脉宽调制。另外,单片机还具有对过流,过热、欠压等情况的终端保护以及监控功能。

单片机控制克服了模拟电路的固有缺陷,通过数字化控制方法,得到高精度、高稳定度的控制特性,可实现灵活多样的控制功能。但是,单片机的工作频率与控制精度是一对矛盾,处理速度也很难满足高频电路的要求,这就使人们寻求功能更强芯片的帮助,于是DSP应用而生。

2,采用DSP控制

DSP是近年来迅速崛起的新一代可编程处理器。内部集成了波特率发生器和PIPO缓冲器,提供高速同步串口,有的片内还集成了采样/保持和A/D转换电路,并提供PWM信号输出。与单片机相比,DSP具有更快的CPU,更高的集成度和更大容量的存储器。

DSP属于精密指令系统计算机,大多数指令都能在一个周期内完成并可通过并行处理技术,在一个指令周期内完成多条指令。同时,DSP采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存储程序和数据。内置高速的硬件乘法器,增加了多级流水线,使其具有高速的数据运算能力。而单片机为复杂指令系统计算机,多数指令要2-3个指令周期才能完成。单片机采用诺依曼结构,程序和数据在同一空间存储,同一时间只能单独访问指令或数据。单片机的ALU只能做加法,乘法需要由软件实现,需要占用较多的指令周期,速度比较漫。DSP与16位单片机相比,执行单指令的时间快8—10倍,一次乘法运算时间快16-30倍。

在超声波发生器中,DSP可以完成除功率变换以外的所有功能,如主电路控制、系统实时监控及保护、系统通信等。

3,采用FPGA控制

FPGA属于可重构器件,其内部逻辑功能可以根据需要任意设定,具有集成度高、处理速度快。效率高等优点。其结构主要分成三部分:可编程逻辑块、可编程I/O模块、可编程内部连线。由于FPGA的集成度非常大,一片FPGA少则几千个等效门,多则几万或几十万千等效门,所以一片FPGA就可以实现非常复杂的逻辑,替换多块集成电路和分立元件组成的电路。它借助于硬件描述语言来对系统进行设计,采用三个层次(行为描述、PJL描述、门级描述)的硬件描述和自上至下(从系统功能描述开始)的设计风格,能对三个层次的描述进行混合仿真,从而可以方便地进行数字电路设计,在可靠性、体积、成本上具有相当优势。比较而言,DSP适合取样速率底和软件复杂程度高的场合使用,而当系统取样速率高,数据率高、条件操作少时,FPGA更有优势。

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