激光相位法测距

道切换幵关后采用同一组放大整形电路，减小系统复杂
度，缩小电路板面积，节约成本。 (5)在高速CPLD内部实现参考信号与本振信号的差频、测 量信号与本振信号的差频，两个差频采用自动数字检相 法得到填充脉冲的计数值。 (6)单片机作为主控芯片，用于控制DDS芯片、驱动CPLD检 相器、数据处理与显示，并可通过串口将测量结果发送
检相脉冲宽度
在“开门”时间内，计数器得到的单次检相脉冲数 自动数字检相法原理图
闸门时间内，检相次数n可表示为：
总脉冲数
该分辨率是由 (时标脉冲频率）、_/；(差频信号频率）和 率）三者共同决定的。
(高频调制频
填充脉冲频率越高，检相精度也越高。在本系统中，正是利用了高速 CPLD实现高频脉冲的填充，来提高测量精度的。
1、频率综和电路 具体设计指标：产生5MHz，50MHz, 5.001MHz, 50.0001MHz的频 率；可在低频与高频间快速切换；电压幅度为-500mV~500mV。
信号源产生的电路原理图
2、激光调制电路 具体的设计指标为：激光光源为常见的红色可见激光；偏置电 流为30mA;调制电流幅度约为8mA。 选择的激光二极管是BOS650010， AD9954的输出经过低通滤波器滤波之后得到的主振调制信号 为电压信号，然而LD的调制特性需要的是电流信号，故使用宽 带跨导运算放大器OPA2662 ，来得到电流调制信号。
+1.8V电源产生电路
本系统量程在25m以内测量精度可达0.1mm
整形 CPLD差 频与数 字检测
通
道
选
择 测 量 放大整形
参 考
放大整形 系统方案总体框图
(1)频率综合电路采用了频率切换速度快、分辨率高的两
片DDS芯片分别产生本振信号和主振调制信号，均为正弦 波，并由单片机控制，实现精尺频率与测尺频率的快速 切换。 (2)激光调制发射电路的激光器釆用半导体激光二极管，
至PC机。
主要元件：两片AD9954（直接数字式频率合成器）， ATM128单片机， EPM--240T100C5N， 液晶显示器LCD12864，开关电容芯片LM2662 ，低压差电压调节芯片LM1117， LM2596-5.0（开关电压调节器）， 电平转换芯片MAX3232和DB9的串口线接口， 高速比较器芯片AD8611， 高速电流反馈宽带运放AD8001 单刀双掷（SPDT)模拟开关ADG636， 电压反馈放大器AD8045， 激光二极管BOS650010， 双路、宽带跨导运算放大器OPA2662
+5V电源产生电路
（2）-5V 电源 开关电容芯片 LM2662
（3）+3.3V 主要用于单片机 STC12LE5A16S2，CPLD 器件 EPM:240T100C5N 以及 AD9954的I/O 口供电
-5V电源产生电路
+3.3V电源产生电路
（4）+1.8V 主要用于DDS芯片AD9954的内核供电
激光调制发射电路
3光电检测电路 设计指标为：有效输出信号峰峰值大于20rnV;响应速度小 于20ns。
4带通滤波器的设计 具体的设计指标为：中心频率放大倍数均约为3倍；品质 因素50MHz时约为2.5MHz时约为3。 使用MFB 二Baidu Nhomakorabea有源带通滤波器
5频率通道选择电路设计 接收系统的通道选择器件选择了 ADI公司的双通道单刀双 掷（SPDT)模拟开关ADG636
频率 切换 控制
频率综 合电路 本 振 50.001M 5.001M
激光调 制发射
反 内光路 光电接 收前置 放大 射 光电接 外光路 面 收前置 放大 测量 50M带通 5M带通 滤波器 滤波器
单片机 系统控 制与数 据处理 驱 动 控 制 计 数 值
参 考 50M带通 5M带通 滤波器 滤波器
基于CPLD的激光相位法测距
一、激光相位式测距的工作原理
调制发射光波与接收光波的相位变化
二、差频测相 为了提高测距的分辨率和精确度，调制的频率一般选择都较 高，需将参考信号(也称基准信号)和测距信号(也称被测信号) 变成中频或低频信号。
差频测相原理图示
主振调制信号
基准振荡器的号
输出差频参考信 号er和差频测量 信号es
属于电流驱动，主振调制电压信号经过一个跨导器件
OPA2662得到调制电流信号，与直流偏置电路共同实现激 光器的调制发射。 (3)采用内外光路的“双路比较法”设计，尽量消除光路 和电路带来的附加相移，减小系统误差。
(4)接收部分使用PIN光电二极管，经前置放大后，使用 MFB带通滤波提取有用信号，精尺频率与粗尺频率经过通
接收系统基本结构图
模拟开关切换电路
6、CPLD电路设计 具体的设计指标：电路I/O 口为LVTTL电平；计数频率大于 100MHZ 在该系统中，差频系统与检相系统都是在CPLD内部实现
CPLDEPM240核心电路
7、单片机相关电路设计 单片机为ATM128
单片机及其外围电路
8、电源模块设计 整个系统所需的电源电压有+9V, +5V, -5V, +3.3V和+1.8V。 其中+9V可由交流转直流的变压器提供，也可由蓄电池提 供，而其它电源则由+9V转化而来。 （1）+5V 电源 二极管为常用的1N5824，开关电压调节器LM2596