CN104880939A - 基于cpld的门电路延迟计数高精确度测量超声波传播时间测量方法 - Google Patents

基于cpld的门电路延迟计数高精确度测量超声波传播时间测量方法 Download PDF

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陆宝钧
陈雄生
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Abstract

基于CPLD的门电路延迟计数高精确度测量超声波传播时间测量方法，涉及超声波传播的时间测量技术，用于微功耗超声波流量计中超声波传播的时间测量。本发明通过基于CPLD设计的门电路流水线单元、门电路计数器、数字比较器、时间整数计数器，门电路延迟校正值寄存器，启动信号，停止信号，通过对启动计时信号的同步技术，提升对边沿的捕捉，几乎实现基于一个门延时的同步计数技术，有效地降低了功耗，提升了计时测量精度和重复性。本发明方法使用方便，可以广泛应用于气体超声波流量计和需要精确计时测量的仪表产品中。

Description

基于CPLD的门电路延迟计数高精确度测量超声波传播时间测量方法
技术领域
    基于CPLD的门电路延迟计数高精确度测量超声波传播时间测量方法，涉及超声波传播的时间测量技术，用于微功耗超声波流量计中超声波传播的时间测量。
背景技术
现有超声波气体流量计中对于超声波传播时间的测量，往往使用高频晶体振荡器计数的方式，其特点是高频石英晶体振荡器一直处于工作状态，而超声波流量计中超声波处理则处于间歇发射间隙测量传播时间的状态下。为了提高超声波流量计的精确度和可靠性，只好不断提高高频石英晶体振荡器的频率和对晶振进行温度补偿，而这种方式都是在不断增加电路功耗，而无法适应电池工作的情况。
发明内容
为了进一步提升超声波传播时间的测量精度同时降低测量电路的功耗，发明人根据数字门电路有延迟的特点，设计出测量最小分辨率高、功耗非常低、可以实现间隙式工作门电路延迟计数器的超声波传播时间的测量方法。
本发明超声波传播测量时间方法是这样实现的，通过基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）设计的门电路流水线单元、门延时计数器、数字比较器、时间整数计数器，门电路延迟校正值寄存器，启动信号，停止信号构成的门电路延迟计数超声波传播时间测量电路，采用测量模式或校准模式对超声波传播时间进行高精确度测量，超声波传播时间测量实现启动计时、整脉冲计数、门电路延迟计时、门电路延迟校准，其中，通过对启动计时信号的同步技术，提升了对边沿的捕捉，门电路延迟进行0-4us微小时间的精确测量，使用32K晶振的整倍来加长计时的范围而不会使得计时精度下降，实现了没有高频晶振的高精度测时。
本发明的特点在于：采用门电路延迟计数高精确度精确测量方式，完全不同于传统的晶振计数测时方式，采用了门电路延迟进行0-4us微小时间的精确测量，使用32K晶振的整倍来加长计时的范围而不会使得计时精度下降。几乎实现了1个门电路延迟的计数同步技术，大大提高了超声波传播时间的重复精度，且电路功耗低。
附图说明
图 1. 本发明超声波传播时间测量方法计时测量示意图；
图 2. 本发明超声波传播时间测量方法门延时校对示意图。
具体实施方式
本发明方法基于CPLD为基础，设计了多个数字电路单元：门电路流水线单元、门延时计数器、数字比较器、时间整数计数器，门电路延迟校正值寄存器，启动信号，停止信号，且这些单元构成了一个门电路延迟计数超声波传播时间测量电路，对超声波传播时间进行高精确测量。
本发明采用测量与校准两种时间测量工作模式：
图1所示为测量模式，启动信号触发门电路流水线单元、门电路延迟计数器、数字比较器、门电路延迟校正值寄存器工作,门电路延迟计数器的门数目由门电路延迟校准值寄存器的数值决定的，延迟结束输出到时间整数计数器，实现高位进位累加；当收到停止信号后，就会锁存门电路延迟计数器所计数的自由值和整数计数器的值。读取这两个计数器里的值，经过计算就是得到精确的时间。
图2所示为校准模式，第一个输入脉冲的下降沿启动信号触发门电路流水线单元、门电路延迟计数器、门电路延迟校正值寄存器工作，第二个脉冲的下降触发停止信号，同时锁存门电路延迟计数器自由值到门电路延迟校准值寄存器。这就实现了对由于温度或其他情况造成的门电路延迟数目不等的情况进行有效的补偿，提升测量精确度。

Claims (1)

1.基于CPLD的门电路延迟计数高精确度测量超声波传播时间测量方法，其特征在于：通过基于CPLD设计的门电路延迟计数高精确度测量电路由门电路流水线单元、门电路计数器、数字比较器、时间整数计数器，门电路延迟校正值寄存器，启动信号，停止信号构成。
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