超声波流量计通过超声波在流体中的传播所承载的流体流速信息来测量流体流量。由于测量时不扰动管内流动的流体，无介质泄露，无压力损失，对介质的腐蚀性和导电性也没有任何要求，以及测量范围宽、精度高，使得超声波流量计在电力、石油、化工、供水系统等领域中被广泛应用。本文在吸收和借鉴国内外先进设计经验的基础上，研制出了一种基于高精度时间数字转换芯片TDC-GP21的新型时差法超声波流量计，实现了更高集成度，更高精度，更低功耗的超声波流量计方案。本文详细分析了国内外超声波流量计发展的现状与特点，深入研究了时差法超声波流量计测量技术的基本原理，对时差法超声波流量计的关键技术—高精度的时间间隔测量方法进行了重点阐述，提出了使用ACAM公司的新一代高精度时间数字转换芯片TDC-GP21作为计时测量核心、Ti公司的16位超低功耗单片机MSP430F417作为主控芯片的超声波流量计的创新设计。系统的硬件结构设计为：以MSP430F417为系统控制核心，完成流量测量过程的控制及进行数据计算处理；以TDC-GP21为计时测量核心，完成超声波脉冲信号的发射、超声波传播时间的精确计时、接收信号的检测等任务；输入输出模块主要完成了流量信息的显示以及通过按键实现系统参数的设定。系统的软件设计使用了IAR Embedded Workbench开发平台，控制程序主要由主程序模块、时间测量模块、键盘及显示模块、数据处理模块等组成。本文重点研究主程序模块、时间测量模块、按键显示模块的相关原理和工作流程。通过现场试验表明，该系统运行稳定，测量精度高，基本达到了预期的设计要求，为今后开发高性能超声波流量计奠定了基础。