1． 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在水下探測(cè)時(shí)，常常利用激光發(fā)生器以一定的頻率發(fā)出激光探測(cè)信號(hào)，到達(dá)探測(cè)目標(biāo)后反射。反射回的信號(hào)中的一部分被反射光采集器采集，將信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳入從 PC機(jī)，通過(guò)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(hào)和發(fā)射光采集器開(kāi)始工作之間需要有精確的延時(shí)系統(tǒng)，以便用于測(cè)量物體距離等重要參數(shù)。

精密延時(shí)系統(tǒng)由源信號(hào)發(fā)生器發(fā)出毫秒級(jí)的脈沖信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)電路并經(jīng)選通后輸入粗調(diào)延時(shí)裝置，再由細(xì)調(diào)延時(shí)裝置進(jìn)行微調(diào)延時(shí)，延時(shí)的時(shí)間可由單片機(jī)通過(guò)鍵盤(pán)控制或者通過(guò)上位機(jī)（PC機(jī)）串行通信實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)控制可達(dá)到精度為1ns。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

             圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

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(shí)電路、粗調(diào)延時(shí)電路、基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生電路、鍵盤(pán)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(guò)上位機(jī)的可視化軟件對(duì)硬件進(jìn)行控制，操作者能夠通過(guò)PC機(jī)上的鍵盤(pán)控制細(xì)調(diào)延時(shí)在0—255ns時(shí)間內(nèi)的選定，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制提供了功能。鍵盤(pán)顯示電路采用與CPU串行接口的HD7279A專用管理鍵盤(pán)和LED顯示器的智能控制芯片，具有接口電路和外圍電路簡(jiǎn)單，占用口線少的優(yōu)點(diǎn)。下面著重討論延時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)。

2.1 基準(zhǔn)信號(hào)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(hào)。將MAX038的A0、 A1接地，輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波，但此時(shí)上升沿斜坡有十幾納秒的±2V信號(hào)，輸出信號(hào)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(hào)輸出到粗調(diào)延時(shí)電路的輸入端。

2.2 粗調(diào)延時(shí)電路

本部分電路主要應(yīng)用延時(shí)芯片DS1000_200，用撥碼開(kāi)關(guān)選取粗延時(shí)的時(shí)間。輸入脈沖由DS1000_200的IN端輸入，由5位撥碼開(kāi)關(guān)選通后輸入細(xì)調(diào)延時(shí)電路的輸入端,能夠選擇40、80、120、160、200ns的延時(shí)時(shí)間。

2.3 細(xì)調(diào)延時(shí)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(shí)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(guò)74LS373鎖存由單片機(jī)89C51地址選通控制,由Trigger端輸入脈沖信號(hào)，以控制芯片的工作時(shí)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(gè)信號(hào)，便使芯片重新工作，輸出的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健榱搜訒r(shí)后的輸出信號(hào)的寬度達(dá)到系統(tǒng)的要求，采用兩個(gè) “非門(mén)”將其隔開(kāi)，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(duì)延時(shí)的精度有一定的影響。

                  圖 2細(xì)調(diào)延時(shí)電路

3.軟件設(shè)計(jì)

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(shí)功能。上位機(jī)程序采用VC++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，主要向下位機(jī)發(fā)延時(shí)控制的命令。

4． 系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試

目標(biāo)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試，精度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)輸出信號(hào)CH2為觸發(fā)沿時(shí)，細(xì)調(diào)延時(shí)輸出信號(hào)前后相差255ns.由此說(shuō)明完全可以用程序較精準(zhǔn)的控制延時(shí)時(shí)間。

當(dāng)D7-D0 為 00H,設(shè)粗跳延時(shí)信號(hào)CH2與   時(shí)CH3之間相差（T） ns。       

當(dāng)D7-D0為FFH，粗跳延時(shí)信號(hào)CH2與細(xì)調(diào)延時(shí)間細(xì)調(diào)延 時(shí)時(shí)間CH3之間相差

              圖4  系統(tǒng)性能指標(biāo)測(cè)試

下面看一下測(cè)試系統(tǒng)誤差，誤差測(cè)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(hào)前后的抖動(dòng)不過(guò)1ns.說(shuō)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）

參考文獻(xiàn)
1．白駒珩，雷曉平．單片計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M]．電子科技大學(xué)出版社，1997.12．
2．何立民．MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京航空航天大學(xué)出版社,1991．
3．紀(jì)宗南. 單片機(jī)外圍電路器件實(shí)用手冊(cè)—輸入通道器件分冊(cè)[M]．北京航空航天大學(xué)出版社,1998．