超聲波流量計系統的探討   七

3.6 高速數據采集電路設計

設計中采用的超聲換能器頻率為1MHz，根據采樣定理，采樣率至少要達到2MHz 以上。片上AD 模塊最高速率可達12.5MHz，可以滿足該采樣要求。但是，為了提高系統精度，設計中選用了TI 公司的高速流水線型AD 轉換芯片ADS805。該AD 芯片的采樣速率最高可達20MHz，動態范圍可設為2Vp-p 到5Vp-p，信噪比（SNR）為68dB，能夠很好的滿足設計需求。

圖3.5 為ADS805 的時序圖，由圖可知，ADS805 的數據需要延時6 個時鐘周期才能輸出，可在Clock 時鐘的下降沿讀取有效數據。

圖3.6 是高速信號采集電路，采用TI 的高速運算放大器OPA842 將輸入信號緩沖放大后送入ADS805 的正相輸入端。該款運放的帶寬可達200MHz，能夠滿足這里的帶寬需求。

設計中：

1) 將ADS805 的SEL 管腳接地，ADC 的輸入范圍為0—5V；

2) 將VREF 和IN_相連，采用內部的基準電壓2.5V；

3) B1-B12 直接與F28335 的Xintf 外部擴展接口D11-D0 相連，VDRV 引腳與3.3V 電源相連，提供輸出參考電平；

4) 以0V 為參考的前端信號經過OPA842 放大1 倍后，通過隔直抬起電路變換為以2.5V為參考的信號。這樣做的好處是可以使OPA842 工作在較低的電壓，保證其低失真度，同時留有足夠的電源裕量。

5) 使能信號ADCSn 由F28335 的GPIO 口輸出。ADCLK 由F28335 的ePWM1 產生

并通過ePWM1A 輸出作為ADA805 的時鐘信號。設計中，ADCSn 和ADCLK 信號線沖現象比較明顯，通過添加濾波電容進行整形。

3.7 人機交互電路設計

系統中選用一塊FM12864M-12L 液晶作為人機交互界面。該液晶模塊采用帶字庫的ST7920 作為核心控制器。設計中采用了并口連接方式，讀寫邏輯設計簡單。該設計中：

1) 將LCD 液晶掛載到F28335 的Xintf 外部擴展接口并通過三個GPIO 口輸出液晶邏輯控制信號；

2) 在LCD 液晶與Xintf 接口之間加入TI 的SN74LVC245A 芯片來屏蔽由LCD 液晶與ADS805 共用Xintf 接口而對超聲波信號造成的干擾。該芯片為8 路同相三態雙向總線收發器，具有很好的隔離作用。

圖3.7 為人機交互模塊電路圖。F28335 是一種高速設備，12864 液晶是一種相對慢速設備。使用F28335 直接驅動LCD 液晶，需要特別注意時序問題以及LCD 液晶命令執行的時間延遲。

超聲波流量計