一種超聲波回波占空比測(cè)量電路及其測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】一種超聲波回波占空比測(cè)量電路及其測(cè)量方法，本發(fā)明提供一種超聲波回波占空比測(cè)量電路，包括回波計(jì)數(shù)器U0，其特征是：所述回波計(jì)數(shù)器U0的CLK輸入口連接外部回波脈沖ECHO，所述回波計(jì)數(shù)器U0連接環(huán)形振蕩器U3，所述環(huán)形振蕩器U3分別連接下降沿檢測(cè)器U1、鎖存器U2和高速計(jì)數(shù)器U4,所述下降沿檢測(cè)器U1的D輸入口連接外部回波脈沖ECHO，所述高速計(jì)數(shù)器U4連接所述鎖存器U2和除法器U5，所述鎖存器U2連接所述除法器U5。本電路沒(méi)有增加外部高速時(shí)鐘，而是采用了電路內(nèi)部產(chǎn)生高速時(shí)鐘的方案，即使環(huán)形振蕩器的時(shí)鐘會(huì)隨電壓溫度等因素變化，也不會(huì)對(duì)本電路的測(cè)量精度造成影響，非常適于在集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 —種超聲波回波占空比測(cè)量電路及其測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波流量測(cè)量領(lǐng)域，具體的講，涉及一種超聲波回波占空比測(cè)量電路及其測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波流量測(cè)量采用聲學(xué)原理測(cè)定流過(guò)管道的流體流速:將一對(duì)超聲波換能器安裝在流量管道壁上，在流量測(cè)量過(guò)程中，線路板上的元件對(duì)發(fā)射換能器施加激勵(lì)信號(hào)使其產(chǎn)生超聲波，接收換能器收到信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，測(cè)量電路可以記下從發(fā)射到接收的時(shí)間，根據(jù)開(kāi)普勒效應(yīng)的原理，順流和逆流狀況下超聲波的傳播速度會(huì)發(fā)生變化，利用測(cè)量到的順逆流時(shí)差即可計(jì)算得到流體的速度。實(shí)際應(yīng)用中，超聲波回波并非理想的正弦波，尤其是最前面幾個(gè)波形，轉(zhuǎn)換為方波后，也并非占空比50%的方波，且換能器在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)老化、結(jié)垢等現(xiàn)象，直接導(dǎo)致波形的幅值逐漸變?nèi)?，根?jù)實(shí)驗(yàn)，舍掉最前面不穩(wěn)定的波形，利用幅值穩(wěn)定的幾個(gè)波會(huì)得到比較好的測(cè)量結(jié)果，而回波的占空比是判斷超聲波穩(wěn)定程度的重要依據(jù)，在一般的熱量表中，超聲波回波的頻率為1MHz，這意味著要用10Mhz的時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)量才能夠得到精度1%左右的占空比，但實(shí)際熱量表中一般不會(huì)提供這么高頻率的時(shí)鐘源，為解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超聲波回波占空比測(cè)量電路及其測(cè)量方法。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超聲波回波占空比測(cè)量電路及其測(cè)量方法，避免了電壓溫度等因素變化對(duì)電路測(cè)量的影響。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
一種超聲波回波占空比測(cè)量電路，包括回波計(jì)數(shù)器U0，其特征是:所述回波計(jì)數(shù)器UO的CLK輸入口連接外部回波脈沖ECHO，所述回波計(jì)數(shù)器UO連接環(huán)形振蕩器U3，所述環(huán)形振蕩器U3分別連接下降沿檢測(cè)器U1、鎖存器U2和高速計(jì)數(shù)器U4，所述下降沿檢測(cè)器Ul的D輸入口連接外部回波脈沖ECHO，所述高速計(jì)數(shù)器U4連接所述鎖存器U2和除法器U5，所述鎖存器U2連接所述除法器U5。
[0005]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述回波計(jì)數(shù)器UO的EQ端口連接所述環(huán)形振蕩器U3的0SC_EN端口。
[0006]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述環(huán)形振蕩器U3的CLK端口分別連接所述下降沿檢測(cè)器Ul的CLK端口、鎖存器U2的CLK端口和高速計(jì)數(shù)器U4的CLK端口。
[0007]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述下降沿檢測(cè)器Ul的Q端口連接所述鎖存器U2的EN端口。
[0008]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述高速計(jì)數(shù)器U4的CNT端口連接所述鎖存器U2的Dl端口。
[0009]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述鎖存器U2的DO端口連接所述除法器U5。
[0010]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述高速計(jì)數(shù)器U4的CNT端口連接所述除法器U5。
[0011]一種超聲波回波占空比測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)電路初始化；
(2)超聲波回波信號(hào)ECHO以連續(xù)的高電平脈沖形式到來(lái)，回波計(jì)數(shù)器UO在ECHO脈沖上升沿驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行每次加一的遞增計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值到等于N時(shí)，回波計(jì)數(shù)器UO的EQ輸出端變?yōu)楦唠娖?，環(huán)形振蕩器U3被使能，產(chǎn)生高速時(shí)鐘信號(hào)提供給高速計(jì)數(shù)器U4、下降沿檢測(cè)器Ul、鎖存器U2 ；
(3)高速計(jì)數(shù)器U4獲得時(shí)鐘后，在每個(gè)時(shí)鐘上升沿進(jìn)行加一的遞增計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值標(biāo)記為 CNT ；
(4)下降沿檢測(cè)器Ul獲得時(shí)鐘后持續(xù)對(duì)回波信號(hào)ECHO進(jìn)行采樣，第N個(gè)ECHO脈沖由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，回波信?hào)ECHO的下降沿被檢測(cè)到，Ul的Q端輸出一個(gè)周期的高電平，作為鎖存器U2的鎖存使能信號(hào)，高速計(jì)數(shù)器Ul的當(dāng)前計(jì)數(shù)值CNT被鎖存，作為除法器U5的除數(shù)；
(5)第N+1個(gè)ECHO脈沖上升沿后，回波計(jì)數(shù)器UO的EQ端變?yōu)?，環(huán)形振蕩器U3的使能信號(hào)EN變?yōu)闊o(wú)效，U3的CLK不再輸出時(shí)鐘信號(hào)，高速計(jì)數(shù)器U4計(jì)數(shù)停止，當(dāng)前的計(jì)數(shù)值CNT作為除法器U3的被除數(shù)；
(6)除法器U5將鎖存器U2的鎖存值與高速計(jì)數(shù)器最終的計(jì)數(shù)值相除，得到的商即為第N個(gè)回波脈沖的占空比，標(biāo)記為DUTY。
[0012]作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，回波計(jì)數(shù)器UO計(jì)數(shù)值清零，高速計(jì)數(shù)器U4計(jì)數(shù)值清零，下降沿檢測(cè)器Q端清零，電路輸入N設(shè)置完畢，代表期望測(cè)量第N個(gè)脈沖的高電平占空比。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本電路沒(méi)有增加外部高速時(shí)鐘，而是采用了電路內(nèi)部產(chǎn)生高速時(shí)鐘的方案，即使環(huán)形振蕩器的時(shí)鐘會(huì)隨電壓溫度等因素變化，也不會(huì)對(duì)本電路的測(cè)量精度造成影響，非常適于在集成電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中部分關(guān)鍵信號(hào)的工作波形圖。
[0016]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0017]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明包括回波計(jì)數(shù)器U0、下降沿檢測(cè)器U1、鎖存器U2、環(huán)形振蕩器U3、高速計(jì)數(shù)器U4、除法器U5，所述回波計(jì)數(shù)器UO的CLK輸入口連接外部回波脈沖ECHO, ECHO為超聲波信號(hào)整形后輸出的方波，采用現(xiàn)有技術(shù)獲得，在此不再贅述，回波計(jì)數(shù)器UO內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)ECHO的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)置數(shù)N時(shí)，UO將輸出EQ置為高電平，其他情況下為低電平；所述環(huán)形振蕩器U3的輸入0SC_EN連接所述回波計(jì)數(shù)器UO的EQ輸出，當(dāng)環(huán)形振蕩器U3的0SC_EN為高電平時(shí)，環(huán)形振蕩器U3的CLK端輸出時(shí)鐘脈沖；所述高速計(jì)數(shù)器U4的時(shí)鐘輸入CLK連接所述環(huán)形振蕩器U3的CLK輸出，高速計(jì)數(shù)器U4對(duì)CLK上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，CNT為計(jì)數(shù)結(jié)果輸出；所述下降沿檢測(cè)器Ul的輸入時(shí)鐘CLK連接所述環(huán)形振蕩器的輸出時(shí)鐘CLK，下降沿檢測(cè)器Ul的檢測(cè)輸入信號(hào)D來(lái)自外部ECHO信號(hào)，下降沿檢測(cè)器Ul的輸出Q連接所述鎖存器U2的使能信號(hào)EN，下降沿檢測(cè)器Ul檢測(cè)到ECHO由高變低后，輸出端Q輸出持續(xù)一個(gè)CLK時(shí)鐘周期的高電平；所述鎖存器U2的鎖存時(shí)鐘連接環(huán)形振蕩器U3的時(shí)鐘輸出CLK，鎖存器U2的鎖存信號(hào)使能EN連接下降沿檢測(cè)器Ul的Q端，鎖存器U2的數(shù)據(jù)輸入DI連接高速計(jì)數(shù)器U4的CNT輸出，鎖存器U2的鎖存數(shù)據(jù)在DO端口輸出；所述除法器U5的被除數(shù)端口連接所述鎖存器U2的DO端，除法器U5的除數(shù)端口連接到所述高速計(jì)數(shù)器U4的CNT端口，除法器的商直接輸出，作為回波信號(hào)占空比，標(biāo)記為DUTY0
[0018]本技術(shù)方案還提供了一種超聲波回波占空比測(cè)量方法，包括以下步驟:
(2.1)電路初始化:回波計(jì)數(shù)器UO計(jì)數(shù)值清零，高速計(jì)數(shù)器U4計(jì)數(shù)值清零，下降沿檢測(cè)器Q端清零，電路輸入N設(shè)置完畢，代表期望測(cè)量第N個(gè)脈沖的高電平占空比。
[0019](2.2)超聲波回波信號(hào)ECHO以連續(xù)的高電平脈沖形式到來(lái)，回波計(jì)數(shù)器UO在ECHO脈沖上升沿驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行每次加一的遞增計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值到等于N時(shí)，回波計(jì)數(shù)器UO的EQ輸出端變?yōu)楦唠娖?，環(huán)形振蕩器U3被使能，產(chǎn)生高速時(shí)鐘信號(hào)提供給高速計(jì)數(shù)器U4、下降沿檢測(cè)器Ul、鎖存器U2。
[0020](2.3)高速計(jì)數(shù)器U4獲得時(shí)鐘后，在每個(gè)時(shí)鐘上升沿進(jìn)行加一的遞增計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值標(biāo)記為CNT。
[0021](2.4)下降沿檢測(cè)器Ul獲得時(shí)鐘后持續(xù)對(duì)回波信號(hào)ECHO進(jìn)行采樣，第N個(gè)ECHO脈沖由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，回波信?hào)ECHO的下降沿被檢測(cè)到，Ul的Q端輸出一個(gè)周期的高電平，作為鎖存器U2的鎖存使能信號(hào)，高速計(jì)數(shù)器Ul的當(dāng)前計(jì)數(shù)值CNT被鎖存，作為除法器U5的除數(shù)。
[0022](2.5)第N+1個(gè)ECHO脈沖上升沿后，回波計(jì)數(shù)器UO的EQ端變?yōu)?，環(huán)形振蕩器U3的使能信號(hào)EN變?yōu)闊o(wú)效，U3的CLK不再輸出時(shí)鐘信號(hào)；高速計(jì)數(shù)器U4計(jì)數(shù)停止，當(dāng)前的計(jì)數(shù)值CNT作為除法器U3的被除數(shù)。
[0023](2.6)除法器U5將鎖存器U2的鎖存值與高速計(jì)數(shù)器最終的計(jì)數(shù)值相除，得到的商即為第N個(gè)回波脈沖的占空比，標(biāo)記為DUTY。
[0024]當(dāng)然，上述說(shuō)明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波回波占空比測(cè)量電路，包括回波計(jì)數(shù)器U0，其特征是:所述回波計(jì)數(shù)器UO的CLK輸入口連接外部回波脈沖ECHO，所述回波計(jì)數(shù)器UO連接環(huán)形振蕩器U3，所述環(huán)形振蕩器U3分別連接下降沿檢測(cè)器U1、鎖存器U2和高速計(jì)數(shù)器U4，所述下降沿檢測(cè)器Ul的D輸入口連接外部回波脈沖ECHO，所述高速計(jì)數(shù)器U4連接所述鎖存器U2和除法器U5，所述鎖存器U2連接所述除法器U5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波回波占空比測(cè)量電路，其特征是:所述回波計(jì)數(shù)器UO的EQ端口連接所述環(huán)形振蕩器U3的0SC_EN端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波回波占空比測(cè)量電路，其特征是:所述環(huán)形振蕩器U3的CLK端口分別連接所述下降沿檢測(cè)器Ul的CLK端口、鎖存器U2的CLK端口和高速計(jì)數(shù)器U4的CLK端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波回波占空比測(cè)量電路，其特征是:所述下降沿檢測(cè)器Ul的Q端口連接所述鎖存器U2的EN端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波回波占空比測(cè)量電路，其特征是:所述高速計(jì)數(shù)器U4的CNT端口連接所述鎖存器U2的Dl端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波回波占空比測(cè)量電路，其特征是:所述鎖存器U2的DO端口連接所述除法器U5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波回波占空比測(cè)量電路，其特征是:所述高速計(jì)數(shù)器U4的CNT端口連接所述除法器U5。
8.一種超聲波回波占空比測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟: (O電路初始化； (2)超聲波回波信號(hào)ECHO以連續(xù)的高電平脈沖形式到來(lái)，回波計(jì)數(shù)器UO在ECHO脈沖上升沿驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行每次加一的遞增計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值到等于N時(shí)，回波計(jì)數(shù)器UO的EQ輸出端變?yōu)楦唠娖?，環(huán)形振蕩器U3被使能，產(chǎn)生高速時(shí)鐘信號(hào)提供給高速計(jì)數(shù)器U4、下降沿檢測(cè)器Ul、鎖存器U2 ； (3)高速計(jì)數(shù)器U4獲得時(shí)鐘后，在每個(gè)時(shí)鐘上升沿進(jìn)行加一的遞增計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值標(biāo)記為 CNT ； (4)下降沿檢測(cè)器Ul獲得時(shí)鐘后持續(xù)對(duì)回波信號(hào)ECHO進(jìn)行采樣，第N個(gè)ECHO脈沖由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，回波信?hào)ECHO的下降沿被檢測(cè)到，Ul的Q端輸出一個(gè)周期的高電平，作為鎖存器U2的鎖存使能信號(hào)，高速計(jì)數(shù)器Ul的當(dāng)前計(jì)數(shù)值CNT被鎖存，作為除法器U5的除數(shù)； (5)第N+1個(gè)ECHO脈沖上升沿后，回波計(jì)數(shù)器UO的EQ端變?yōu)?，環(huán)形振蕩器U3的使能信號(hào)EN變?yōu)闊o(wú)效，U3的CLK不再輸出時(shí)鐘信號(hào)，高速計(jì)數(shù)器U4計(jì)數(shù)停止，當(dāng)前的計(jì)數(shù)值CNT作為除法器U3的被除數(shù)； (6)除法器U5將鎖存器U2的鎖存值與高速計(jì)數(shù)器最終的計(jì)數(shù)值相除，得到的商即為第N個(gè)回波脈沖的占空比，標(biāo)記為DUTY。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波回波占空比測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟(I)包括如下初始化過(guò)程: 回波計(jì)數(shù)器UO計(jì)數(shù)值清零，高速計(jì)數(shù)器U4計(jì)數(shù)值清零，下降沿檢測(cè)器Q端清零，電路輸入N設(shè)置完畢，代表期望測(cè)量第N個(gè)脈沖的高電平占空比。
【文檔編號(hào)】H03K5/19GK104242873SQ201410537165
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】桑濤, 邱德華, 單來(lái)成, 尚緒樹(shù), 李啟龍, 宋金鳳 申請(qǐng)人:山東力創(chuàng)科技有限公司