激光测距仪的设计
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优点：具有相位变换连续、频率转换速度快、频率稳定度高、易于调 整等多种优点。
图 DDS原理框图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
f0
直接数字频率合成(DDS)
信号发生器输出波形的频率可依据下式计算，即：
fc
f0
k M 2N
式中：
f c －晶振频率
k －可预置分频器的分频比
器件
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路： 场效应管驱动电路：
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路
三极管电机驱动
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
三极管喇叭驱动
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路：
集成运放驱动电路
采用数字方式进行控制的电路如图所示 ：
缺点：这种方 案是改变电容 充放电电流来 达到改变频率 的目的，精度 不高，所以也 不予采用
图用三个8位D/A转换器实现频率调节（IIN和FADJ）和占空比调节（DADJ）的数字控制电路
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
直接数字频率合成(DDS)
N －相位累加器位数 － M 即相位累加器的步长
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
本系统选择DDS方案：在CPLD内部生成一 个DDS，以产生系统所需的脉冲信号。
通过430单片机和CPLD的通信，控制产生 不同间隔、不同宽度的脉冲，以满足激 光测距的需求。由于只需产生脉冲信号， 无需DA。
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: CPLD、FPGA：
特点：可方便的支持并行处理，处理速度高。基于硬件实现软件功能， 实时性好。可高速的实现数字信号处理，逻辑控制能力较差。编程较 难。
分类：
公司： altera、xilinx 种类： CPLD， FPGA 规模: max II,cyclone I,cyclone II, cyclone III,stratix v
特点：单指令（动作）处理速度一般在100MHz1.2GHz，带有数字加速算法可方便快速的实现数字 信号处理。易于编程。
分类：工业控制类（TMS320C2000），低功耗类 （ TMS320C55x ），浮点类（ TMS320C67x ）， 高速类（ TMS320C64x）
选择原则：应用场合、算法的复杂度、功耗的要求
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
CPLD产生的信号为TTL信号，输出电流最 大10mA，不能推动喇叭、灯、激光管 等功率器件，需要做功率放大。
小信号
信号放 大
功率放 大
Biblioteka Baidu
器件
TTL CMOS 信号
功率放 大
(EP1C3T144C8N，EPM570) Spartan系列和Virtex系列 (XC3S50) 速度： -8，-6，-4 选择原则：速度，规模
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—MCU选择
本系统核心为测定激光往返所需时间。
时间测量精度为
1m 2 3108 m/s
6.67
分类： ARM7系列： ARM9 、ARM9E系列 ： ARM10E 系列 、 ARM11系列、 Cortex 系列、 Xcale系列：
选择原则 ：是否需要嵌入操作系统，对实时性的要求、片上资源
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: DSP：
)
(
实 验 和 测 试 系 统 仿 真
画 出 正 式 的 总 体 电 路 图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
总体方案设计—设计要求
测距距离：3m—600m 测距精度：≤±1m 采用电池供电，功耗尽可能低
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
总体方案设计—总体设计
测距方案选择：相位法（高精度，复杂）、脉冲法（低精度、简单） 测距精度：≤±1m 脉冲法
选择原则：片内Flash大小，RAM大小，片上资源， IO口数量，中断资源，低功耗特性等
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: ARM：
特点：单指令（动作）处理速度一般在70MHz以上，易于编程， IO操作方便，也有丰富的片上资源（定时器、UART、SPI、 IIC、中断等）。常用于人机交互设计及控制功能的实现。可嵌 入操作系统（ucos、linux、wince）。
三极管LED驱动电路：
电子系统设计过程
何先灯
综合开发应用实验室
测距系统简介
传统测距：尺 现代测距：超声波测距、雷达测距、激光测距
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
电子系统的一般设计步骤
设 计 要 求
选设 择计 总单 体元 方电 案路
选 择 元 器 件
计 算 参 数 （ 仿 真 ）
画 出 总 体 电 路 图 初 稿
审 图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: 单片机：
特点：单指令（动作）处理速度一般在25MHz以下， 易于编程， IO操作方便，有丰富的片上资源（定时 器、UART、SPI、IIC、中断等）。常用于人机交互 设计及控制功能的实现。
分类：8位机，16位机。 51机系列，MSP430系列，NEC系列，ST系列
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
利用单片集成波形发生器芯片（ ICL8038、 MAX038 ）实现测试信号产生：
缺点： 不能利用单片机控制
图减小失真度和频率范围在20Hz～20KHz可调的ICL8038电路
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
*109
s
，故测量频率
>150MHz。时间测量精度决定距离测量精度，对实时
性要求高，故采用CPLD EPM570
还需实现按键及液晶显示，并考虑功耗，故增加一个430 单片机 MSP430F2232。
系统微处理器构成： MSP430F2232+ EPM570
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单元电路设计—调制信号发生器
图 DDS原理框图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
f0
直接数字频率合成(DDS)
信号发生器输出波形的频率可依据下式计算，即：
fc
f0
k M 2N
式中：
f c －晶振频率
k －可预置分频器的分频比
器件
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路： 场效应管驱动电路：
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路
三极管电机驱动
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
三极管喇叭驱动
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路：
集成运放驱动电路
采用数字方式进行控制的电路如图所示 ：
缺点：这种方 案是改变电容 充放电电流来 达到改变频率 的目的，精度 不高，所以也 不予采用
图用三个8位D/A转换器实现频率调节（IIN和FADJ）和占空比调节（DADJ）的数字控制电路
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
直接数字频率合成(DDS)
N －相位累加器位数 － M 即相位累加器的步长
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
本系统选择DDS方案：在CPLD内部生成一 个DDS，以产生系统所需的脉冲信号。
通过430单片机和CPLD的通信，控制产生 不同间隔、不同宽度的脉冲，以满足激 光测距的需求。由于只需产生脉冲信号， 无需DA。
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: CPLD、FPGA：
特点：可方便的支持并行处理，处理速度高。基于硬件实现软件功能， 实时性好。可高速的实现数字信号处理，逻辑控制能力较差。编程较 难。
分类：
公司： altera、xilinx 种类： CPLD， FPGA 规模: max II,cyclone I,cyclone II, cyclone III,stratix v
特点：单指令（动作）处理速度一般在100MHz1.2GHz，带有数字加速算法可方便快速的实现数字 信号处理。易于编程。
分类：工业控制类（TMS320C2000），低功耗类 （ TMS320C55x ），浮点类（ TMS320C67x ）， 高速类（ TMS320C64x）
选择原则：应用场合、算法的复杂度、功耗的要求
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
CPLD产生的信号为TTL信号，输出电流最 大10mA，不能推动喇叭、灯、激光管 等功率器件，需要做功率放大。
小信号
信号放 大
功率放 大
Biblioteka Baidu
器件
TTL CMOS 信号
功率放 大
(EP1C3T144C8N，EPM570) Spartan系列和Virtex系列 (XC3S50) 速度： -8，-6，-4 选择原则：速度，规模
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—MCU选择
本系统核心为测定激光往返所需时间。
时间测量精度为
1m 2 3108 m/s
6.67
分类： ARM7系列： ARM9 、ARM9E系列 ： ARM10E 系列 、 ARM11系列、 Cortex 系列、 Xcale系列：
选择原则 ：是否需要嵌入操作系统，对实时性的要求、片上资源
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: DSP：
)
(
实 验 和 测 试 系 统 仿 真
画 出 正 式 的 总 体 电 路 图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
总体方案设计—设计要求
测距距离：3m—600m 测距精度：≤±1m 采用电池供电，功耗尽可能低
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
总体方案设计—总体设计
测距方案选择：相位法（高精度，复杂）、脉冲法（低精度、简单） 测距精度：≤±1m 脉冲法
选择原则：片内Flash大小，RAM大小，片上资源， IO口数量，中断资源，低功耗特性等
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: ARM：
特点：单指令（动作）处理速度一般在70MHz以上，易于编程， IO操作方便，也有丰富的片上资源（定时器、UART、SPI、 IIC、中断等）。常用于人机交互设计及控制功能的实现。可嵌 入操作系统（ucos、linux、wince）。
三极管LED驱动电路：
电子系统设计过程
何先灯
综合开发应用实验室
测距系统简介
传统测距：尺 现代测距：超声波测距、雷达测距、激光测距
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
电子系统的一般设计步骤
设 计 要 求
选设 择计 总单 体元 方电 案路
选 择 元 器 件
计 算 参 数 （ 仿 真 ）
画 出 总 体 电 路 图 初 稿
审 图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: 单片机：
特点：单指令（动作）处理速度一般在25MHz以下， 易于编程， IO操作方便，有丰富的片上资源（定时 器、UART、SPI、IIC、中断等）。常用于人机交互 设计及控制功能的实现。
分类：8位机，16位机。 51机系列，MSP430系列，NEC系列，ST系列
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
利用单片集成波形发生器芯片（ ICL8038、 MAX038 ）实现测试信号产生：
缺点： 不能利用单片机控制
图减小失真度和频率范围在20Hz～20KHz可调的ICL8038电路
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
*109
s
，故测量频率
>150MHz。时间测量精度决定距离测量精度，对实时
性要求高，故采用CPLD EPM570
还需实现按键及液晶显示，并考虑功耗，故增加一个430 单片机 MSP430F2232。
系统微处理器构成： MSP430F2232+ EPM570
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器