基于CTMU的精确激光测距方案设计
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随 着 集 成 电路 技 术 的 发 展 ， Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ公 司 推 出 了 可 以识 别 脉冲之 间精 确 时 间的技 术 。根据 Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ公 司 的 集 成 新 技 术 ＣＴＭＵ（ Ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ Ｔｉ ｍｅ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｕｎ ｉ ｔ ） ， 我 们 采 用 一 片 带 ＣＴＭＵ 的 Ｐ Ｉ Ｃ单 片 机 来 实 现 激 光 脉 冲 测距 仪
新 器 件 新 技 术
基于 Ｃ Ｔ Ｍ Ｕ 的 精 确 激 光 测 距 方 案 设 计
李 兴 国
（ 天津 工 业 大 学 电 气 工 程 与 自动 化 学 院 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ）
摘 要 ：以 Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ公 司 Ｐ Ｉ Ｃ２ ４ Ｆ 系 列 单 片机 内嵌 的 Ｃ ＴＭ Ｕ 为 核 心 ， 将 Ｃ ＴＭＵ 与 ＡＤＣ 单 元 组 成 基 本 控 制 模 块 ， 利 用 Ｃ ＴＭＵ 提 供 脉 冲 源 之 间的 精 确 时 间 差测 量 功 能 ， 提 出 了一 种 新 的精 确 激 光 测 距 设 计 方 案 。 并 且 通 过 粗 粒度 时 间和 细 粒 度 时 间组 合 的 计 算 方 法 ， 既扩 大 了 Ｃ ＴＭＵ 动 态 范 围 ， 又不 损 失分 辨 率 。 本设 计 成 本低 且 测 距 精 度 高 ， 为 现在 日益 发 展 的
性要求低等优点 ， 被 广 泛应 用 于 各 个 领 域 。它 利 用 激 光 脉 冲 持 续 时 间极 短 、 能 量相 对 集 中 、 瞬 时 功 率 大 的特 点 ， 在 平 均 光 功 率 相 同 的条 件 下 ， 能够 实现 长距 离测量 。但是 ， 如 果要求满足一定激光 脉冲测距的精度 ， 例如 精确到 ｐ ｓ 级， 这 就 对 电子 技 术 提 出 了更 高 要 求 。市 场 提 供 的 高 精 度 激 光传感 器 虽然 可 以实 现 ， 但 是造 价太 高 ， 不能 广 泛应 用 。
ｏ ｆ ｔ ｈ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ＣＴ Ｍ Ｕ ；ｃ ｏ ｎｓ ｔ ａ ｎｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎｔ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ；ｌ ａ Байду номын сангаас ｅ ｒ ｒ ａ ｎｇ ｉ ｎ ｇ；ｔ ｉ ｍｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｍｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ ＣＴＭ Ｕ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ Ｐ Ｉ Ｃ２ ４ Ｆ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ＭＣＵ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ＣＴＭ Ｕ
ａ ｎｄ Ａ ＤＣ ｕｎ ｉ ｔ ．Ｔｈ ｉ ｓ ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｐ ｕｔ ｓ ｆ ｏｒ ｗａ ｒ ｄ ａ ｎｅ ｗ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ ｏｆ ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎｇ ｉ ｎ ｇ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｕｓ ｅ ｓ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ —
测 量 距 离技 术 提 供 了一 个新 的 方 法 和 思路 。 关 键 词 ：Ｃ ＴＭ Ｕ ； 恒流源 ； 激光测距 ； 时 间测 量
中 图 分 类 号 ：ＴＰ ３ ６ ８
文 献标 识 码 ：Ａ
Ｐｒ ｅｃ ｉ ｓ ｅ Ｌ ａ ｓ ｅｒ Ｒａｎ ｇｉ ｎ ｇ Ｓｃｈ ｅｍｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ＣＴＭ Ｕ
它提供脉 冲源之 间 的精 确 时间 差测 量及 异 步脉 冲 生成 。
引 言
目前 ， 激光 脉冲测距法 具有 探测距 离远 、 对 光 源 相 干
Ｃ ＴＭＵ 可 与 其 他 片 上 模 拟 模 块 一 起 ， 用于精 确测量 时间 、
电容 、 电容 的相 对 变化 ， 或 生成 具有 特 定延 时 的输 出 脉 冲 。 该 模 块 主 要 有 以 下 特性 ：
ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ＣＴＭ Ｕ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ．Ａｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ － ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｎ ｅ － ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ， ｔ ｈ ｅ
ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｃ ａ ｎ ｅ ｘｐ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｏ ｆ ＣＴＭ Ｕ ｗｉ ｔ ｈ ｏｕ ｔ ｌ ｏ ｓ ｓ ． Ｔｈｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｏｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇｈ ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ ｐｒ ｏ ｖｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｎｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ
Ｌｉ Ｘｉ ｎ ｇ ｇ ｕ ｏ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ，Ｔｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｔｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ３ ８ ７ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
新 器 件 新 技 术
基于 Ｃ Ｔ Ｍ Ｕ 的 精 确 激 光 测 距 方 案 设 计
李 兴 国
（ 天津 工 业 大 学 电 气 工 程 与 自动 化 学 院 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ）
摘 要 ：以 Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ公 司 Ｐ Ｉ Ｃ２ ４ Ｆ 系 列 单 片机 内嵌 的 Ｃ ＴＭ Ｕ 为 核 心 ， 将 Ｃ ＴＭＵ 与 ＡＤＣ 单 元 组 成 基 本 控 制 模 块 ， 利 用 Ｃ ＴＭＵ 提 供 脉 冲 源 之 间的 精 确 时 间 差测 量 功 能 ， 提 出 了一 种 新 的精 确 激 光 测 距 设 计 方 案 。 并 且 通 过 粗 粒度 时 间和 细 粒 度 时 间组 合 的 计 算 方 法 ， 既扩 大 了 Ｃ ＴＭＵ 动 态 范 围 ， 又不 损 失分 辨 率 。 本设 计 成 本低 且 测 距 精 度 高 ， 为 现在 日益 发 展 的
性要求低等优点 ， 被 广 泛应 用 于 各 个 领 域 。它 利 用 激 光 脉 冲 持 续 时 间极 短 、 能 量相 对 集 中 、 瞬 时 功 率 大 的特 点 ， 在 平 均 光 功 率 相 同 的条 件 下 ， 能够 实现 长距 离测量 。但是 ， 如 果要求满足一定激光 脉冲测距的精度 ， 例如 精确到 ｐ ｓ 级， 这 就 对 电子 技 术 提 出 了更 高 要 求 。市 场 提 供 的 高 精 度 激 光传感 器 虽然 可 以实 现 ， 但 是造 价太 高 ， 不能 广 泛应 用 。
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测 量 距 离技 术 提 供 了一 个新 的 方 法 和 思路 。 关 键 词 ：Ｃ ＴＭ Ｕ ； 恒流源 ； 激光测距 ； 时 间测 量
中 图 分 类 号 ：ＴＰ ３ ６ ８
文 献标 识 码 ：Ａ
Ｐｒ ｅｃ ｉ ｓ ｅ Ｌ ａ ｓ ｅｒ Ｒａｎ ｇｉ ｎ ｇ Ｓｃｈ ｅｍｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ＣＴＭ Ｕ
它提供脉 冲源之 间 的精 确 时间 差测 量及 异 步脉 冲 生成 。
引 言
目前 ， 激光 脉冲测距法 具有 探测距 离远 、 对 光 源 相 干
Ｃ ＴＭＵ 可 与 其 他 片 上 模 拟 模 块 一 起 ， 用于精 确测量 时间 、
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