采用數(shù)字電路超聲波發(fā)生器，可以消除溫度漂移等常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器難以克服的缺點，有利于參數(shù)整定和變參數(shù)調(diào)節(jié)，便于通過程序軟件的改變方便地調(diào)整控制方案和實現(xiàn)多種新型控制策略，同時可減少元器件的數(shù)目、簡化硬件結(jié)構(gòu)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。此外，還可以實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的自動儲存和故障自動診斷，有助于實現(xiàn)超聲波發(fā)生器的智能化。

超聲波發(fā)生器應用數(shù)字化控制技術(shù)一般有三種形式。

（1）釆用單片機控制

單片機是一種在一塊芯片上集成了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，在各種控制系統(tǒng)中應用廣泛。單片機的CPU經(jīng)歷了由4、8、16、32直至64位的發(fā)展過程。主要以美國INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51（8位）和MCS-96（16位）兩大系列為代表。在超聲波發(fā)生器中，單片機主要用作數(shù)據(jù)采集、運算處理、電壓、電流調(diào)節(jié)、PWM信號的生成、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，單片機還具有對過流、過熱、欠壓等情況的中斷保護以及監(jiān)控功能。

單片機控制克服了模擬電路的缺陷，通過數(shù)字化的控制方法，得到高精度和高穩(wěn)定度的控制特性，并可實現(xiàn)靈活多樣的控制功能。但是，單片機的工作頻率與控制精度是一對矛盾，而且處理速度也很難滿足高頻電路的要求，這就使人們轉(zhuǎn)而尋求功能更強的芯片，于是數(shù)字信號處理器（DSP）應運而生。

（2）采用數(shù)字信號處理器（DSP）控制

數(shù)字信號處理器（DSP）是近年來迅速崛起的新一代可編程處理器。其內(nèi)部集成了波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器，提供高速同步串口和標準異步串口，有的芯片內(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屬于精簡指令系統(tǒng)計算機（RiSC），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。而單片機為復雜指令系統(tǒng)計算機（CiSC），多數(shù)指令要2?3個指令周期才能完成。單片機采用諾依曼結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)在同一空間存儲，同一時 刻只能單獨訪問指令或數(shù)據(jù)。單片機的ALU只能做加法，而乘法則需要由軟件來實現(xiàn)，因而需要占用較多的指令周期，速度比較慢。與16位單片機相比，DSP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、系統(tǒng)通信等。雖然DSP有著許多優(yōu)點，但是它也存在一些局限性，如釆樣頻率的選擇、PWM信號頻率及其精度、釆樣延時、運算時間及精度等，這些因素會或多或少地影響電路的控制性能。

（3）采用FPGA控制

現(xiàn)場可編程門陣列（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)主要分為三部分：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，多則幾萬或幾十萬個等效門，所以一片F(xiàn)PGA就可以實現(xiàn)非常復雜的邏輯功能， 替代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（VHDL）來對系統(tǒng)進行設(shè)計，釆用三個層次（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)計風格，能對三個層次的描述進行混合仿真，從而可以方便地進行數(shù)字電 路設(shè)計，在可靠性、體積、成本上具有相當優(yōu)勢。比較而言，DSP適合取樣速率低和軟件復雜程度高的場合使用；而當系統(tǒng)取樣速率高（MHz級），數(shù)據(jù)率高（20MB/s以上）、條 件操作少、任務(wù)比較固定時，F(xiàn)PGA更有優(yōu)勢。

審核編輯：湯梓紅