单片机在超声控制系统中的应用研究

　　1 引言

　　随着计算机技术、微控制器和超声技术的不断发展,超声仪器的发展也十分迅速,有着广泛的应用和发展市场。超声学应用技术主要有两个方面,即功率超声和检测超声。由于功率超声处理技术具有许多特点,与其它处理技术比较,能极大地提高处理速度和效率, 提高处理质量和完成一般技术不能完成的处理工作。本文的主要任务是研究应用于功率超声仪的控制系统,并对其的工作过程和工作状态进行测控。其主要功能包括:

　　①调节驱动脉冲的占空比;

　　②控制超声仪运行时序;

　　③检测信号源频率。

　　2 超声仪控制系统框图

　　超声仪控制系统用于控制超声仪的工作并检测其信号源的频率,全要由PC机和超声仪控制器组成。控制器为一个智能测控仪器, 由MSP430单片机及其外围电路组成。PC机和MSP430单片机通过RS232-C完成串口通信, 控制系统框图如图l。系统采用异步串行通信方式,以RS-232C全双工传输方式实现PC机和单片机之间的数据传送,从而达到PC机对单片机进行控制的目的,实现超声仪控制系统控制功能。

　　3 超声仪控制系统硬件详细设计

　　控制系统硬件部分由PC机和超声仪控制器组成,PC机选择常用的微机即可满足要求, 超声仪控制器的设计是这个系统的核心。整个控制器的硬件电路由MSP430及其接口电路组成。

　　1).电平转换电路。

　　由于MSP430单片机的串门电平是TTL电平,TTL电平特性与RS232的电气特性不匹配, 为了使MSP430单片机的串口能与RS-232C接口通信, 必须将串行口的电平进行转换。本系统中,异步通信接口电路采用新型的电平转换器件MAX3233E。MAX3233E芯片内部有一个电源电压变换器, 可以把输入的+3.3V电源电压变换成为RS-232C输出电平所需的±12V电压。采用此芯片接口的串行通信系统只需单一+3.3V电源。

　　2).电源与晶振电路。

　　主要由7805和LM317组成,集成三端稳压器7805的输出端和共地端之间始终保持5V的稳定电压,即7805的输出电流在内部电阻上的压降始终是5V, 所以只要内部电阻被确定,7805的输出电压就确定并保持非常稳定。LM317L是可调整的三端正电压稳压器,在输出电压范围为1.2伏到37伏时能够提供超过100毫安的电流。对于一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常重要,尤其是设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。本电路选用8M和32768两个外部晶振。

　　3).复位与PWM输出电路。

　　系统复位电路的设计一定要使系统能够充分复位,在各种复杂情况下稳定可靠地工作,复位性能不好会影响系统的正常运行。本系统采用常用的上电复位电路, 能保证有充分的低电平时间。由MSP430单片机的P4.3管脚输出占空比和频率可调的PWM波形。输出的信号经施密特触发器SN7414脉冲整形后再经光耦TPL521隔离, 然后由J6的1脚输出。在MSP430中就是采用CCRO来控制周期T,而用与定时器对应的CCR3寄存器来控制可变占空比。