基于FPGA的自发自收超声信号源设计

"该文介绍了基于FPGA技术的自发自收超声信号源设计，采用ALTERA公司的EPM7128SLC84-15型CPLD芯片为核心，实现了40KHz超声波的产生与接收，通过单片机进行数据处理，具有高精度、低成本和实时测量的特点。" 超声信号源是超声检测系统中的关键组成部分，其功能是生成特定频率的超声波并接收反射回来的信号。在本文中，作者付瑞瑞和王其提出了一种新型的自发自收超声信号源设计，这个设计基于现场可编程门阵列（FPGA）技术，具体使用了ALTERA公司的EPM7128SLC84-15型复杂可编程逻辑器件（CPLD）作为控制核心。 设计的核心在于生成40KHz的方波信号，这个频率的超声波通常用于多种工业和医疗应用中。方波信号通过电压放大器驱动超声波换能器工作，换能器能够将电信号转化为机械振动，进而产生超声波。当超声波在介质中传播并遇到障碍物反射回来时，接收端的换能器会转换回电信号，并再次经过电压放大，送入CPLD。 CPLD在这里扮演了重要角色，它不仅用于接收和预处理超声信号，还负责捕获超声波从发射到接收的时间差，这个时间差可以用来计算超声波的传播距离，即飞行时间法测距。由于CPLD内部的高速计数器，系统能够实现高精度的时差测量，理论上精度可达到1/12微秒。这种精度使得系统适用于各种对测量精确度要求较高的应用。 接收到的信号随后传递给单片机，如文中提到的SCM（Single-Chip Microcomputer），单片机根据CPLD提供的触发信号和计数值进一步处理数据，可能包括数据的数字化、滤波、计算以及存储等操作。通过这种方式，系统能够实时连续地测量超声波的传播时间，提供实时的反馈，提高了系统的响应速度和实用性。 这种自发自收超声信号源设计结合了CPLD的高速处理能力和单片机的数据处理能力，实现了成本低、精度高且操作简便的超声波测距方案。它为未来开发更复杂的超声波应用，比如超声成像、无损检测等领域奠定了坚实的基础。关键词包括超声波、CPLD、ALTERA公司以及单片机，强调了这些技术在超声信号源设计中的关键作用。