超聲波流量計系統的探討  四

2.4 超聲波驅動脈沖信號研究

超聲波驅動脈沖會對系統接收到的回波信號大小和質量造成很大影響。驅動脈沖可以是正弦信號，也可以是脈沖信號。在本設計中選用的換能器的驅動信號為脈沖信號。脈沖信號作為換能器的驅動信號，脈沖寬度就成為影響超聲波信號質量的關鍵因素。要使換能器工作在最佳狀態，就需要使脈沖寬度與超聲換能器頻率之間保持一定的關系，使換能器輸出信號的信噪比最高。

從圖2.5 信號的幅頻特性來看，假設脈沖的寬度是2a，其直流成分的幅度最大，然后幅值慢慢減小到零，然后在(2n+1)/2a (n=1, 2, 3...)的位置幅頻曲線再次出現峰值，并且隨著n的增大，峰值逐漸減弱直至為零。系統發送的脈沖信號在傳感器的中心頻率處最強時，傳感器的輸出特性會達到最佳；但是另一方面脈沖寬度也不能太大，否則會給接收傳感器帶來很大的干擾，致使接收電路無法識別接收到的信號是否是真實信號。因此，將中心頻率對應的角頻率取在偏離直流信號一定角頻率的第一個峰值w = 3π / 2a 處。

其中， 0 f 是超聲換能器中心頻率，2a 是驅動信號的脈沖寬度。設計中采用的超聲換能器的中心頻率是1MHz，根據式(2.13)可計算出脈沖寬度是1.5us。

2.5 AD 時鐘信號及DMA 同步信號產生

在該設計中超聲波信號AD 轉換采用TI 的AD 轉換芯片ADS805，其采樣頻率可達20MHz。ADS805 與F28335 的Xintf 外部擴展接口直接相連，通過F28335 片上外設DMA高速讀取AD 轉換后的數據，省去了高速數據采集中常用的FIFO 緩存單元。系統中采用F28335 的片上外設ePWM 產生AD 轉換所需要的時鐘信號及DMA 的同步信號。測試中F28335 工作在150MHz，通過配置ePWM 由ePWM1A 產生占空比為50%且頻率為20MHz 的時鐘作為ADC 的采樣頻率。同時，由EPWM1SOCA 產生與AD 時鐘信號同頻反相的觸發源，作為DMA 傳輸的同步信號。不再需要外部邏輯控制器件進行同步干預。

該方法有以下幾個優點：

1) 充分利用F28335 豐富的片上外設，避免不必要的邏輯器件及FIFO 器件擴展，有利于壓縮系統成本；

2) 結合ePWM 產生的DMA 同步信號能夠高速準確的讀取數據，同時避免了使用中斷的壓棧和出棧耗時。

3) 使用DMA 讀取AD 轉換數據，能夠有效降低CPU 資源消耗。

超聲波流量計