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，到達探測目標后反射。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，通過遠程傳輸傳入主PC機做數(shù)據(jù)及圖像處理。在基準信號和發(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，再由細調(diào)延時裝置進行微調(diào)延時，延時的時間可由單片機通過鍵盤控制或者通過上位機（PC機）串行通信實現(xiàn)，系統(tǒng)控制可達到精度為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)主要電路由單片機控制電路、串行接口電路、細調(diào)延時電路、粗調(diào)延時電路、基準信號發(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COM口相連保持通訊。通過上位機的可視化軟件對硬件進行控制，操作者能夠通過PC機上的鍵盤控制細調(diào)延時在0—255ns時間內(nèi)的選定，進而為實現(xiàn)遠程控制提供了功能。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放組成的放大器、加法器，以輸出符合標準的源信號。將MAX038的A0、 A1接地，輸出標準的方波，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)，達到準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應該和復位端 Reset連接在一起，每當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到系統(tǒng)的要求，采用兩個 “非門”將其隔開，能夠達到約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。

[!--empirenews.page--]
                  圖 2細調(diào)延時電路

3.軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件由下位機程序和上位機程序兩部分組成，下位機程序主要負責與上位機通信、單片機控制主控板的延時功能。上位機程序采用VC++語言開發(fā)，主要向下位機發(fā)延時控制的命令。

4． 系統(tǒng)指標測試

目標系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，精度已經(jīng)達到設(shè)計標準，如圖4所示。當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的控制延時時間。

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

當D7-D0為FFH，粗跳延時信號CH2與細調(diào)延時間細調(diào)延 時時間CH3之間相差

              圖4  系統(tǒng)性能指標測試

[!--empirenews.page--]

下面看一下測試系統(tǒng)誤差，誤差測試如圖5所示，圖中水平標度為4ns/div，可以看到在波形強度調(diào)大的情況下，延遲信號前后的抖動不過1ns.說明完全達到了系統(tǒng)的要求。

                 圖5   誤差分析（水平標度為4.00ns/div）

參考文獻
1．白駒珩，雷曉平．單片計算機及其應用[M]．電子科技大學出版社，1997.12．
2．何立民．MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京航空航天大學出版社,1991．
3．紀宗南. 單片機外圍電路器件實用手冊—輸入通道器件分冊[M]．北京航空航天大學出版社,1998．