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摘要本文将时间数字转换芯片TDC-GP2和高速数字信号处理芯片TMS320F2812加入设计，旨在通过提高空中飞行时间（TOF）的测量精度和对回波信号的处理效率来改善现有脉冲激光测距精度较低，且系统响应时间较长的缺点。在激光发射模块，选用驱动芯片 MAX1507A 和激光器 SPL_LL90_3 产生高质量的大功率窄脉冲；在激光接收模块，运用雪崩二极管 AD500-9 对微弱光信号高度敏感的特性实现了回波的光电转换，以便后续电路的分析处理；在信号处理模块，实现了回波的放大、滤波和整形，并利用高带宽放大芯片LMH6626 与高速比较器 MAX962相结合的方法进行有用信号的提取，高精度测时芯片 TDC-GP2 的应用则保障了测距精度；微控制模块以 DSP芯片为核心进行设计，实现了控制发射信号的产生和测量数据的处理分析。实现了原理样机的制作，通过实测验证设计的可行性。实验表明，在 100m 以内的测距精度基本可达 m 1 ，能够较好地优化脉冲激光测距仪的性能。26023
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毕业论文关键词 TDC-GP2；TOF；脉冲激光测距；时间数字转换；DSP
Title Design of high-precision pulsed laser
range finder based on TDC-GP2
Abstract
The technique of pulsed laser range finder based on TDC-GP2 and TMS320F2812 is
studied in this thesis.By improving the measuring accuracy of time-of-flight(TOF)
and the processing efficiency of echo signal to improve performance of pulsed laser
range finder.
Laser transmitter consists of a pulse generator,a laser driver and a laser,can
provide high-quality laser pulse with high power and narrow bandwidth.Laser
receiver uses avalanche diode which has high sensitivity to weak light receiving
reflected laser signal.Signal processing unit is the core of this thesis.It
achieves the amplification,filtering and shaping of signal received.The
high-bandwidth amplifier chip and the high-speed comparator are utilized to
extract the useful signal.The design of time measuring unit based on TDC chip
provides reliable guarantee of the ranging accuracy of the system.Microcontroller
unit with DSP chip TMS320F2812 controls the generation of signal and analyzes the
measurement data.
After the experimentation,we analyze the data and find that the precision has
reached our request 1m .
Keywords TDC-GP2；TOF；pulsed laser range finder目 次
1 引言 1
1.1 研究背景.. 1
1.2 研究现状.. 2
1.3 研究内容与论文结构.. 3
2 激光测距原理及方案选择 5
2.1 激光测距系统概述.. 5
2.2 激光测距基本原理.. 5
2.2.1 相位法激光测距原理 5
2.2.2 脉冲法激光测距原理 6
2.2.3 相位法和脉冲法的比较 7
2.2.4 高精度时间间隔测量方法比较 8
2.3 系统关键指标分析.. 9
2.4 本章小结 10
3 激光测距系统硬件电路设计.. 11
3.1 测距系统总体方案设计 11
3.2 激光发射电路设计 11
3.2.1 脉冲发生器选型.. 11
3.2.2 激光器选型.. 12
3.2.3 激光驱动器选型.. 13
3.2.4 具体电路设计.. 14
3.3 激光接收电路设计 14
3.3.1 光电接收器选型.. 14
3.3.2 放大器芯片选型.. 16
3.3.3 具体电路设计.. 16
3.4 高速比较器电路设计 17
3.4.1 高速比较器选型.. 17
3.4.2 具体电路设计.. 17
3.5 TDC-GP2 外围电路设计...18
3.6 微控制器电路设计 20
3.6.1 时钟电路设计.. 21
3.6.2 复位电路设计.. 21
3.6.3 JTAG接口电路设计213.7 系统电源电路设计 22
3.8 本章小结 23
4 测距系统软件设计.. 24
4.1 测距电路软件设计 24
4.2 部分编程语句 26
4.3 本章小结 27
5 测试结果与分析.. 28
结 论 31
致 谢 32