1． 系統(tǒng)設(shè)計方案
在水下探測時，常常利用激光發(fā)生器以一定的頻率發(fā)出激光探測信號，到達(dá)探測目標(biāo)后反射。反射回的信號中的一部分被反射光采集器采集，將信號轉(zhuǎn)換后傳入從 PC機(jī)，通過遠(yuǎn)程傳輸傳入主PC機(jī)做數(shù)據(jù)及圖像處理。在基準(zhǔn)信號和發(fā)射光采集器開始工作之間需要有精確的延時系統(tǒng)，以便用于測量物體距離等重要參數(shù)。
精密延時系統(tǒng)由源信號發(fā)生器發(fā)出毫秒級的脈沖信號，經(jīng)信號調(diào)節(jié)電路并經(jīng)選通后輸入粗調(diào)延時裝置，再由細(xì)調(diào)延時裝置進(jìn)行微調(diào)延時，延時的時間可由單片機(jī)通過鍵盤控制或者通過上位機(jī)（PC機(jī)）串行通信實現(xiàn)，系統(tǒng)控制可達(dá)到精度為1ns。本系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖
2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
本系統(tǒng)主要電路由單片機(jī)控制電路、串行接口電路、細(xì)調(diào)延時電路、粗調(diào)延時電路、基準(zhǔn)信號發(fā)生電路、鍵盤顯示電路等組成。串行接口電路采用MAX232三線制與上位機(jī)COM口相連保持通訊。通過上位機(jī)的可視化軟件對硬件進(jìn)行控制，操作者能夠通過PC機(jī)上的鍵盤控制細(xì)調(diào)延時在0—255ns時間內(nèi)的選定，進(jìn)而為實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制提供了功能。鍵盤顯示電路采用與CPU串行接口的HD7279A專用管理鍵盤和LED顯示器的智能控制芯片，具有接口電路和外圍電路簡單，占用口線少的優(yōu)點。下面著重討論延時控制電路的設(shè)計。
2.1 基準(zhǔn)信號發(fā)生部分電路
本部分電路采用典型函數(shù)發(fā)生器芯片MAX038，加外圍控制選擇電路以及由運(yùn)放組成的放大器、加法器，以輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的源信號。將MAX038的A0、 A1接地，輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波，但此時上升沿斜坡有十幾納秒的±2V信號，輸出信號不能夠滿足系統(tǒng)的要求，因此必須用運(yùn)放電路將其轉(zhuǎn)換為0-5V的方波信號輸出到粗調(diào)延時電路的輸入端。
2.2 粗調(diào)延時電路
本部分電路主要應(yīng)用延時芯片DS1000_200，用撥碼開關(guān)選取粗延時的時間。輸入脈沖由DS1000_200的IN端輸入，由5位撥碼開關(guān)選通后輸入細(xì)調(diào)延時電路的輸入端,能夠選擇40、80、120、160、200ns的延時時間。
2.3 細(xì)調(diào)延時電路
本部分電路主要是利用AD9501的特性，加上外圍電路的配合,選用合適的參數(shù)，達(dá)到準(zhǔn)確的輸出延時脈沖的目的，電路框圖如圖2所示。程序控制選通端由 D0-D7通過74LS373鎖存由單片機(jī)89C51地址選通控制,由Trigger端輸入脈沖信號，以控制芯片的工作時間。輸出端Out應(yīng)該和復(fù)位端 Reset連接在一起，每當(dāng)輸出端輸出一個信號，便使芯片重新工作，輸出的信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。為了延時后的輸出信號的寬度達(dá)到系統(tǒng)的要求，采用兩個 “非門”將其隔開，能夠達(dá)到約200ns的脈沖寬度，而且還能提高輸出延遲脈沖的觸發(fā)能力，但對延時的精度有一定的影響。
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圖 2細(xì)調(diào)延時電路
3.軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件由下位機(jī)程序和上位機(jī)程序兩部分組成，下位機(jī)程序主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信、單片機(jī)控制主控板的延時功能。上位機(jī)程序采用VC++語言開發(fā)，主要向下位機(jī)發(fā)延時控制的命令。
4． 系統(tǒng)指標(biāo)測試
目標(biāo)系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，精度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如圖4所示。當(dāng)D7-D0分別為00H和FFH,從圖中可以看出在以粗調(diào)延時輸出信號CH2為觸發(fā)沿時，細(xì)調(diào)延時輸出信號前后相差255ns.由此說明完全可以用程序較精準(zhǔn)的控制延時時間。
當(dāng)D7-D0 為 00H,設(shè)粗跳延時信號CH2與 時CH3之間相差（T） ns。
當(dāng)D7-D0為FFH，粗跳延時信號CH2與細(xì)調(diào)延時間細(xì)調(diào)延 時時間CH3之間相差
圖4 系統(tǒng)性能指標(biāo)測試
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下面看一下測試系統(tǒng)誤差，誤差測試如圖5所示，圖中水平標(biāo)度為4ns/div，可以看到在波形強(qiáng)度調(diào)大的情況下，延遲信號前后的抖動不過1ns.說明完全達(dá)到了系統(tǒng)的要求。
圖5 誤差分析（水平標(biāo)度為4.00ns/div）
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