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谈述测距基于CPLD激光相位法测距

收藏本文 2024-01-22 点赞:33449 浏览:155830 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着半导体激光器、光电检测和集成电路等领域技术的飞速进展,激光测距仪不断向着小型化、自动化和数字化的方向进步。相位式激光测距更具有精度高、速度快、成本低和适合于中短距离测量的特点,使其在军事、航空和工业领域都得到了广泛的运用。本论文探讨了相位式激光测距的基本原理,基于双尺测量法和差频测相,设计了一个基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)的激光测距案例,并完成了系统硬件电路的设计和软件程序的设计。硬件电路包括频率综合电路、激光调制发射电路、光电检测电路、滤波放大电路、波形整形电路、CPLD系统电路、单片机系统电路。其中,频率综合电路利用了先进的DDS(直接数字频率合成)技术,得到了频率稳定、分辨率高、可快速切换的信号源;光电接收系统中,精尺频率信号与粗尺频率信号利用了同一组放大整形电路,简化了系统的复杂度,节约了成本。在CPLD内实现了差频模块和自动数字检相模块,结合前人的探讨成果,对传统检相器做了一定的改善,提升了检相系统的稳定性,最后将检相结果送给单片机。单片机作为核心制约器件,实现了对DDS芯片的制约、CPLD的检相器的制约以及对检相结果的数据处理和显示。各电路模块经过调试,得到了比较好的效果,基本满足设计要求。论文最后浅析了系统的不足之处,并给出了相应的改善办法。关键词:激光测距论文数字检相论文CPLD论文DDS论文

    摘要6-7

    Abstract7-11

    第1章 绪论11-14

    1.1 选题背景与探讨作用11

    1.2 国内外探讨近况11-12

    1.3 本论文的探讨目标和主要工作12-13

    1.4 本论文的组织结构13

    1.5 本章小结13-14

    第2章 相位式激光测距基本原理及总体案例设计14-22

    2.1 激光相位式测距的原理与测尺浅析14-16

    2.1.1 激光相位式测距的工作原理14-15

    2.1.2 多尺测量的浅析与探讨15-16

    2.2 差频测相16-17

    2.3 检相技术17-20

    2.3.1 常用数字检相策略17-18

    2.3.2 自动数字检相法18-20

    2.4 系统总体案例设计与框图20-21

    2.5 本章小结21-22

    第3章 相位式激光测距系统的硬件设计22-45

    3.1 基于DDS的频率综合电路设计22-27

    3.1.1 DDS的基本原理22-23

    3.1.2 DDS的特点23-24

    3.1.3 信号源电路设计24-27

    3.2 激光调制电路27-30

    3.2.1 半导体激光器(LD)的直接调制27-28

    3.2.2 光源器件的选型28-29

    3.2.3 调制电路29-30

    3.3 光电检测电路30-34

    3.3.1 光电探测器选型30-31

    3.3.2 光电转换电路31-33

    3.3.3 光电检测前置放大电路的仿真浅析33-34

    3.4 带通滤波器的设计34-36

    3.4.1 MFB二阶有源带通滤波器34-35

    3.4.2 MFB带通滤波器仿真浅析35-36

    3.5 频率通道选择电路设计36-37

    3.6 信号放大电路设计37-39

    3.6.1 电流反馈运放37-38

    3.6.2 放大电路的仿真浅析38-39

    3.7 整形电路设计39-40

    3.8 CPLD电路设计40-41

    3.8.1 可编程器件选择40-41

    3.8.2 电路设计41

    3.9 单片机相关电路设计41-42

    3.10 电源模块设计42-44

    3.10.1 +5V电源42-43

    3.10.2 -5V电源43

    3.10.3 +3.3V与+1.8V电源43-44

    3.11 硬件系统设计注意的不足44

    3.12 本章小结44-45

    第4章 相位式激光测距系统的软件设计45-61

    4.1 软件平台介绍45

    4.2 CPLD程序设计45-53

    4.2.1 差频信号获取模块45-47

    4.2.2 自动数字检相模块47-51

    4.2.2.1 基本检相模块47-48

    4.2.2.2 检相模块—闸门脉冲的随机性48-49

    4.2.2.3 检相模块—大小角检相的错误读数49-51

    4.2.2.4 检相模块—比较器过零检测误差51

    4.2.3 CPLD部分的顶层原理图51-53

    4.3 CPLD与单片机的接口设计53

    4.4 单片机的程序设计53-60

    4.4.1 主程序53-54

    4.4.2 外部中断怎么写作程序54-55

    4.4.3 AD9954制约程序55-57

    4.4.4 驱动CPLD自动检相程序57-59

    4.4.5 数据处理与显示59-60

    4.5 本章小结60-61

    第五章 实验结果与误差浅析61-69

    5.1 实验结果61-66

    5.1.1 相关信号测试61-63

    5.1.2 差频模块与数字检相模块测试63-66

    5.1.2.1 差频模块测试63-64

    5.1.2.2 数字检相模块测试64-66

    5.2 误差来源浅析66-67

    5.3 调试历程以及注意的不足67-68

    5.4 本章小结68-69

    总结69-71

    致谢71-72

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