可編程寬頻帶精密延時(shí)器設(shè)計(jì)

1． 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在水下探測時(shí)，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(hào)，到達(dá)探測目標(biāo)后反射。反射回的信號(hào)中的一部分被反射光采集器采集，將信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳入從 PC機(jī)，通過遠(yuǎn)程傳輸傳入主PC機(jī)做數(shù)據(jù)及圖像處理。在基準(zhǔn)信號(hào)和發(fā)射光采集器開始工作之間需要有精確的延時(shí)系統(tǒng)，以便用于測量物體距離等重要參數(shù)。

精密延時(shí)系統(tǒng)由源信號(hào)發(fā)生器發(fā)出毫秒級(jí)的脈沖信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)電路并經(jīng)選通后輸入粗調(diào)延時(shí)裝置，再由細(xì)調(diào)延時(shí)裝置進(jìn)行微調(diào)延時(shí)，延時(shí)的時(shí)間可由單片機(jī)通過鍵盤控制或者通過上位機(jī)（PC機(jī)）串行通信實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)控制可達(dá)到精度為1ns。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要電路由單片機(jī)控制電路、串行接口電路、細(xì)調(diào)延時(shí)電路、粗調(diào)延時(shí)電路、基準(zhǔn)信號(hào)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(jī)COM口相連保持通訊。通過上位機(jī)的可視化軟件對硬件進(jìn)行控制，操作者能夠通過PC機(jī)上的鍵盤控制細(xì)調(diào)延時(shí)在0—255ns時(shí)間內(nèi)的選定，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(diǎn)。下面著重討論延時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)。

2.1 基準(zhǔn)信號(hào)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(yùn)放組成的放大器、加法器，以輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的源信號(hào)。將MAX038的A0、 A1接地，輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波，但此時(shí)上升沿斜坡有十幾納秒的±2V信號(hào)，輸出信號(hào)不能夠滿足系統(tǒng)的要求，因此必須用運(yùn)放電路將其轉(zhuǎn)換為0-5V的方波信號(hào)輸出到粗調(diào)延時(shí)電路的輸入端。

2.2 粗調(diào)延時(shí)電路

本部分電路主要應(yīng)用延時(shí)芯片DS1000_200，用撥碼開關(guān)選取粗延時(shí)的時(shí)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(xì)調(diào)延時(shí)電路的輸入端,能夠選擇40、80、120、160、200ns的延時(shí)時(shí)間。

2.3 細(xì)調(diào)延時(shí)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(dá)到準(zhǔn)確的輸出延時(shí)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(jī)89C51地址選通控制,由Trigger端輸入脈沖信號(hào)，以控制芯片的工作時(shí)間。輸出端Out應(yīng)該和復(fù)位端 Reset連接在一起，每當(dāng)輸出端輸出一個(gè)信號(hào)，便使芯片重新工作，輸出的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。為了延時(shí)后的輸出信號(hào)的寬度達(dá)到系統(tǒng)的要求，采用兩個(gè) “非門”將其隔開，能夠達(dá)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(shí)的精度有一定的影響。