基于TDC-GPX高精度时间测控系统

发布时间：2017-06-09 01:08

  本文关键词：基于TDC-GPX高精度时间测控系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：时间间隔测量技术在基础科学研究和实际工程应用中都起到重要作用,因此对于高精度时间间隔测量技术的研究意义重大。本文来源于实验室项目,意在设计用于测距领域的时间测控系统,该系统具有测量精度高、测量范围大、体积小、性价比高、灵活性强等优点。本文首先介绍了系统的整体架构,根据系统的功能和需求将整个系统划分为四个子模块,然后分别对四个子模块的软硬件设计过程进行了介绍。时序发生模块用于实时控制延时脉冲的发生时间和脉冲宽度,该脉冲用于控制激光接收器的开启,利用FPGA内部时钟,实现纳秒级精确延时。TDC时间间隔测量模块用于测量激光脉冲从发射到返回的时间间隔,选用德国ACAM公司的TDC-GPX芯片,根据所需的测量精度和范围,采用G-模式进行测量,设计芯片外围硬件电路和相关软件程序,该模块测时分辨率为40ps,测时范围为50us,在10us范围内,测试数据抖动小于100ps,在10us到50us范围,数据抖动小于400ps。GPS授时模块用于添加时间标签,利用北斗BD-126模块进行定位授时,利用FPGA内部时钟和整秒脉冲信号实现计时器以达到精度要求,在授时时间间隔小于50ms范围内该模块授时误差小于8us。电机和码盘控制模块采用STM32定时器的编码器模式采样光栅编码器输出脉冲,并捕获触发脉冲信号,采样分辨率为0.0146度,采用位置控制模式精确控制电机交替正反转30度。最后本文对系统的各个子模块进行了实验测试和性能分析。测试结果表明整个系统能够正常工作,各性能指标均达到预期要求。
【关键词】：激光测距 时间间隔测量 时序发生 外设控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM935.15
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-14
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.2.3 时间测控系统存在问题13-14
• 1.3 本课题研究内容14-16
• 第2章 高精度时间测控系统设计方案16-22
• 2.1 系统需求分析16-17
• 2.2 系统设计方案17-19
• 2.2.1 时序发生设计方案18
• 2.2.2 TDC时间测量设计方案18-19
• 2.2.3 GPS授时设计方案19
• 2.2.4 电机码盘控制设计方案19
• 2.3 硬件平台的选型与概述19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 时序发生和测量系统设计22-36
• 3.1 时序发生模块设计22-24
• 3.1.1 延时控制IP核设计22-23
• 3.1.2 时序发生模块平台设计23
• 3.1.3 时序发生模块软件设计23-24
• 3.2 TDC时间间隔测量模块设计24-32
• 3.2.1 TDC时间间隔测量模块硬件设计25-28
• 3.2.2 TDC时间间隔测量模块软件设计28-32
• 3.2.3 测量数据格式32
• 3.3 数据通信模块设计32-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第4章 GPS授时与外设控制系统设计36-45
• 4.1 GPS授时模块设计36-39
• 4.1.1 GPS授时原理概述36-37
• 4.1.2 GPS授时模块平台设计37-38
• 4.1.3 GPS授时模块软件设计38-39
• 4.2 电机码盘控制模块设计39-44
• 4.2.1 码盘控制模块硬件设计39-40
• 4.2.2 码盘控制模块软件设计40-41
• 4.2.3 电机控制模块硬件设计41-43
• 4.2.4 电机控制模块软件设计43-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第5章 高精度时间测控系统测试与性能分析45-52
• 5.1 时序发生模块测试分析45-46
• 5.2 TDC时间间隔测量模块测试分析46-48
• 5.2.1 时间线性度分析46-47
• 5.2.2 时间稳定性分析47-48
• 5.3 GPS授时模块测试分析48-49
• 5.4 电机码盘控制模块测试分析49-51
• 5.4.1 光栅编码器模块测试分析49-50
• 5.4.2 电机控制模块测试分析50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 结论52-54
• 参考文献54-60
• 致谢60

  本文关键词：基于TDC-GPX高精度时间测控系统，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：434130