超声波发生器应用数字化控制技术分析

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。