超聲波發生器應用數字化控制技術分析

1，采用單片機控制

   單片機是一種在一塊芯片桑集成了CPU、RAM/ROM、定時器/計數器和I/O接口等單元的微控制芯片，具有速度快、功能強、效率高、體積小，性能可靠、抗干擾能力強等優點，在各種空追系統中應用廣泛。在超聲波發生器中，單片機主要用作數據采集和運算處理、電壓電流調節、PWM信號生成、系統狀態監控和故障自我診斷等，一般作為整個電路的主控芯片運行，完成多種綜合功能。配合D/A轉換器和MOSFET功率模塊實現脈寬調制。另外，單片機還具有對過流，過熱、欠壓等情況的終端保護以及監控功能。

   單片機控制克服了模擬電路的固有缺陷，通過數字化控制方法，得到高精度、高穩定度的控制特性，可實現靈活多樣的控制功能。但是，單片機的工作頻率與控制精度是一對矛盾，處理速度也很難滿足高頻電路的要求，這就使人們尋求功能更強芯片的幫助，于是DSP應用而生。

2，采用DSP控制

   DSP是近年來迅速崛起的新一代可編程處理器。內部集成了波特率發生器和PIPO緩沖器，提供高速同步串口，有的片內還集成了采樣/保持和A/D轉換電路，并提供PWM信號輸出。與單片機相比，DSP具有更快的CPU，更高的集成度和更大容量的存儲器。

   DSP屬于精密指令系統計算機，大多數指令都能在一個周期內完成并可通過并行處理技術，在一個指令周期內完成多條指令。同時，DSP采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，允許同時存儲程序和數據。內置高速的硬件乘法器，增加了多級流水線，使其具有高速的數據運算能力。而單片機為復雜指令系統計算機，多數指令要2-3個指令周期才能完成。單片機采用諾依曼結構，程序和數據在同一空間存儲，同一時間只能單獨訪問指令或數據。單片機的ALU只能做加法，乘法需要由軟件實現，需要占用較多的指令周期，速度比較漫。DSP與16位單片機相比，執行單指令的時間快8—10倍，一次乘法運算時間快16-30倍。

   在超聲波發生器中，DSP可以完成除功率變換以外的所有功能，如主電路控制、系統實時監控及保護、系統通信等。

3，采用FPGA控制

   FPGA屬于可重構器件，其內部邏輯功能可以根據需要任意設定，具有集成度高、處理速度快。效率高等優點。其結構主要分成三部分：可編程邏輯塊、可編程I/O模塊、可編程內部連線。由于FPGA的集成度非常大，一片FPGA少則幾千個等效門，多則幾萬或幾十萬千等效門，所以一片FPGA就可以實現非常復雜的邏輯，替換多塊集成電路和分立元件組成的電路。它借助于硬件描述語言來對系統進行設計，采用三個層次（行為描述、PJL描述、門級描述）的硬件描述和自上至下（從系統功能描述開始）的設計風格，能對三個層次的描述進行混合仿真，從而可以方便地進行數字電路設計，在可靠性、體積、成本上具有相當優勢。比較而言，DSP適合取樣速率底和軟件復雜程度高的場合使用，而當系統取樣速率高，數據率高、條件操作少時，FPGA更有優勢。