这样，液体平均流
速

v 就可由声时差

△t 确

定，即在

c 和 x 恒定的前提下，v 与

△t 成线性。再根据流量方程求出流量 Q:

　　式中

k 为流速分布

修正系数。
　　

3 硬件系统设计

　　该检测系统的硬件系统设计主要由超声波换能器、

CPLD 功能、驱动发射、接

收放大和过零比较等模块组成。系统工作时，

单片机

先向

CPLD 发送指令，

CPLD 的内部

PULSE  

功能模块产生

600 ns 的驱动脉冲，同时 CNT 功能模块开

始计时：驱动脉冲进入驱动发射电路使超声波换能器

1 产生超声波信号；接收

到的信号比较微弱，需通过由

LF357  

和

LM318  

组成的三级接收放大电路对其放

大；将放大信号再通过由

MAX903  

组成过零比较电路，从而为

CLPD 中的 CNT

功能模块提供一个停止计时的高电平信号。将

CNT 中所计时的数据换算为时间，

再由换能器

2 发送，换能器 1 接收。用 CNT 记录另外一组时间数据，二者相减

得到顺流和逆流的声时差

△t,计算出系统的流速和流量。该检测系统的关键是要

得到准确的驱动脉冲和精确的顺逆流时间。所以，选用

Aher 公司 CPLD 的

MAX

Ⅱ 系列

EMP240T100C5N

,并配有 100 MHz 的

晶体振荡器

，

CPLD 功能模块

是该系统硬件设计的核心。
　　

3.1 CPLD 功能模块

　　

CPLD 功能模块主要由 6 个子模块组成，如图 2 所示。它们都是利用

VHDL

语言编写，各自的功能：

DECODER 子模块是将单片机的指令经过解码传输给

CPLD 内部各个子模块；CNT 子模块负责计时；PULSE 子模块产生驱动脉冲：
CNT_SP 子模块产生 CNT 的停止计时信号；SEL_2 用于选取将 CNT 中的 16 位
数据的前

8 位和后 8 位；TRIBUFFER 可将 SEL_2 选择的 8 位数据传输给单片机。