ZHCU625A January   2019  – July 2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 流量测量
      2. 2.2.2 ToF 测量
        1. 2.2.2.1 基于 ADC 的采集过程
        2. 2.2.2.2 超声波传感流量计量库
      3. 2.2.3 低功耗设计
        1. 2.2.3.1 节能软件
        2. 2.2.3.2 优化的硬件设计
        3. 2.2.3.3 高效利用 FRAM
        4. 2.2.3.4 LEA 的优势
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 MSP430FR6043
      2. 2.3.2 OPA836 和 OPA838
      3. 2.3.3 TS5A9411
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 ToF 信号处理
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 所需的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
        1. 3.1.1.1 EVM430-FR6043
      2. 3.1.2 软件
        1. 3.1.2.1 MSP 驱动程序库 (MSP Driverlib)
        2. 3.1.2.2 超声波传感流量计量库
        3. 3.1.2.3 应用
          1. 3.1.2.3.1 应用自定义
          2. 3.1.2.3.2 LCD 独立模式
        4. 3.1.2.4 USS 设计中心 (PC GUI)
      3. 3.1.3 传感器和仪表
        1. 3.1.3.1 传感器和仪表的频率表征
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
        1. 3.2.1.1 连接硬件
        2. 3.2.1.2 构建和加载软件
          1. 3.2.1.2.1 使用 Code Composer Studio IDE
          2. 3.2.1.2.2 使用 IAR Embedded Workbench IDE
        3. 3.2.1.3 执行应用
        4. 3.2.1.4 使用 GUI 配置器件并观察结果
        5. 3.2.1.5 自定义和优化
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 一次性标准偏差
        2. 3.2.2.2 零流量漂移
        3. 3.2.2.3 绝对飞行时间测量
        4. 3.2.2.4 传感器之间零流量漂移的变化
        5. 3.2.2.5 流量测量
        6. 3.2.2.6 平均电流消耗
        7. 3.2.2.7 内存占用量
  9. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 物料清单
      3. 4.1.3 PCB 布局建议
        1. 4.1.3.1 布局图
      4. 4.1.4 Altium 工程
      5. 4.1.5 Gerber 文件
      6. 4.1.6 装配图
    2. 4.2 软件文件
    3. 4.3 相关文档
    4. 4.4 术语
    5. 4.5 商标
    6. 4.6 支持资源
  10. 5关于作者
  11. 6修订历史记录

USS 设计中心 (PC GUI)

本参考设计包括的 MSP430 超声波传感器设计中心工具 GUI 能够让开发人员对测试不同传感器所需的一些配置参数进行修改,并实时观察系统行为。

打开应用时,将默认显示配置窗口(请参阅图 4-6)。

GUID-5178CC14-04C6-43FF-8835-A8EFFF47BA41-low.png图 4-6 GUI 配置参数窗口

在配置窗口中,开发人员可以配置表 4-2 中详细说明的参数。

表 4-2 GUI 配置参数说明
参数说明
传输频率 (kHz)用于激励传感器的脉冲输出频率 (kHz)
脉冲启动和 ADC 捕获之间的间隙 (µs)使用 SDHS 时脉冲输出生成与接收信号采样之间的间隙(微秒)
脉冲数脉冲生成期间发送的脉冲数
UPS 和 DNS 间隙 (µs)上行和下行捕获之间的间隙(微秒)
UPS0 到 UPS1 间隙 (ms)捕获之间的间隙(毫秒)。这是在下行捕获结束到下一上行开始之间进行测量的。
基于 GUI 的增益控制PGA 增益设置 (dB)。这仅使用 MSP430FR6043 MCU 支持的特定值。
仪表常数用于计算体积流速的常数。此静态常数与仪表的横截面积相关,供应商应作为一次性输入提供。这还需要根据将 lph 还是 gpm 用于显示而有所不同。

图 4-7 显示了“Advanced Parameters”(高级参数)配置面板。

GUID-2A59B043-9503-448F-B5E8-2ED35AA70276-low.png图 4-7 GUI“Advanced Parameters”(高级参数)配置窗口

“Advanced Parameters”(高级参数)配置面板列出了表 4-3 中的参数。

表 4-3 GUI 配置高级参数说明
参数说明
USSXT (kHz)连接到 EVM430-FR6043 上 MSP430FR6043 的 X1 谐振器的频率 (kHz)
ADC 采样频率 (kHz)保留
信号采样频率 (kHz)接收信号的采样频率 (kHz)
ADC 过采样率SDHS 的过采样率 (OSR)。对于 [850 至 1000] kHz 范围内的信号采样频率,此值为 80,对于 [1.7 至 2.0] MHz 范围内的采样频率,此值为 40。
ToF 差偏移 (ps)用于补偿任何非零偏置中 ToF 差的偏移(皮秒)
绝对 ToF 额外延迟 (ns)用于补偿绝对 ToF 中未加考虑的额外延迟的时间(纳秒)
捕获持续时间 (µs)ADC 捕获的持续时间(微秒)
算法选项启用基于 Lobe 或 Hilbert 的算法
包络交叉阈值AbsTOF 相关性峰值的阈值
启动 PPG 计数 (ns)启动 PPG 脉冲触发器的时间(纳秒)。
开启 ADC 计数 (ns)启动 ADC 的时间(纳秒)。
启动 PGA 和 IN 偏置计数 (ns)启动 PGA 和输入偏置的时间(纳秒)
USS XTAL 稳定计数 (µs)初始化后为 USS 晶体稳定所分配的时间
外部放大器计数 (ns)为外部放大器稳定所分配的时间
用户参数 8保留
搜索范围搜索 AbsTOF 的范围
用户参数 10保留

MSP430 超声波传感器设计中心工具可以让开发人员通过“Waveforms”窗口实时观察系统行为,如图 4-8 所示。此工具在上部面板绘制飞行时间差 (DToF),以及上行绝对飞行时间 (AbsToFUPS) 和下行绝对飞行时间 (AbsToFDNS) 及体积流速 (VFR)。绘图包括瞬时测量以及测量的平均值。

GUID-F26246EF-DFC1-431B-AFE3-06B38E14412E-low.png图 4-8 USS 设计中心 GUI 波形窗口

此外,还可以使用“ADC Capture”(ADC 捕获)面板获取和绘制单个捕获,以验证信号完整性(请参阅图 4-9)。在此面板中,用户可以获取连续测量的 ADC 波形的连续捕获,并根据需要进行其他调试。

GUID-BD14E35B-5148-44EA-8319-1392E46170A1-low.png图 4-9 USS 设计中心 ADC 波形捕获窗口