超聲波發(fā)生器應(yīng)用數(shù)字化控制技術(shù)分析

1,，采用單片機(jī)控制

   單片機(jī)是一種在一塊芯片桑集成了CPU,、RAM/ROM,、定時器/計數(shù)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(yōu)點,，在各種空追系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在超聲波發(fā)生器中,，單片機(jī)主要用作數(shù)據(jù)采集和運算處理,、電壓電流調(diào)節(jié)、PWM信號生成,、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)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(zhuǎn)換器和MOSFET功率模塊實現(xiàn)脈寬調(diào)制,。另外，單片機(jī)還具有對過流,，過熱,、欠壓等情況的終端保護(hù)以及監(jiān)控功能。

   單片機(jī)控制克服了模擬電路的固有缺陷,，通過數(shù)字化控制方法,，得到高精度、高穩(wěn)定度的控制特性,，可實現(xiàn)靈活多樣的控制功能,。但是，單片機(jī)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(yīng)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(nèi)部集成了波特率發(fā)生器和PIPO緩沖器,，提供高速同步串口,，有的片內(nèi)還集成了采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路，并提供PWM信號輸出,。與單片機(jī)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(tǒng)計算機(jī),，大多數(shù)指令都能在一個周期內(nèi)完成并可通過并行處理技術(shù),，在一個指令周期內(nèi)完成多條指令。同時,，DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存儲程序和數(shù)據(jù),。內(nèi)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(shù)據(jù)運算能力,。而單片機(jī)為復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī),，多數(shù)指令要2-3個指令周期才能完成。單片機(jī)采用諾依曼結(jié)構(gòu),，程序和數(shù)據(jù)在同一空間存儲,，同一時間只能單獨訪問指令或數(shù)據(jù)。單片機(jī)的ALU只能做加法,，乘法需要由軟件實現(xiàn),，需要占用較多的指令周期，速度比較漫,。DSP與16位單片機(jī)相比,，執(zhí)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(fā)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(tǒng)實時監(jiān)控及保護(hù)、系統(tǒng)通信等,。

3,，采用FPGA控制

   FPGA屬于可重構(gòu)器件，其內(nèi)部邏輯功能可以根據(jù)需要任意設(shè)定,，具有集成度高,、處理速度快。效率高等優(yōu)點,。其結(jié)構(gòu)主要分成三部分：可編程邏輯塊,、可編程I/O模塊、可編程內(nèi)部連線,。由于FPGA的集成度非常大,，一片F(xiàn)PGA少則幾千個等效門，多則幾萬或幾十萬千等效門，所以一片F(xiàn)PGA就可以實現(xiàn)非常復(fù)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(tǒng)進(jìn)行設(shè)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(tǒng)功能描述開始）的設(shè)計風(fēng)格，能對三個層次的描述進(jìn)行混合仿真,，從而可以方便地進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計,，在可靠性、體積,、成本上具有相當(dāng)優(yōu)勢,。比較而言，DSP適合取樣速率底和軟件復(fù)雜程度高的場合使用,，而當(dāng)系統(tǒng)取樣速率高,，數(shù)據(jù)率高、條件操作少時,，F(xiàn)PGA更有優(yōu)勢,。