可编程宽频带精密延时器设计

1． 系统设计方案

在水下探测时，常常利用激光发生器以一定的频率发出激光探测信号，到达探测目标后反射。反射回的信号中的一部分被反射光采集器采集，将信号转换后传入从 PC机，通过远程传输传入主PC机做数据及图像处理。在基准信号和发射光采集器开始工作之间需要有精确的延时系统，以便用于测量物体距离等重要参数。

精密延时系统由源信号发生器发出毫秒级的脉冲信号，经信号调节电路并经选通后输入粗调延时装置，再由细调延时装置进行微调延时，延时的时间可由单片机通过键盘控制或者通过上位机（PC机）串行通信实现，系统控制可达到精度为1ns。本系统设计框图如图1所示。

             图1 系统设计框图

2.系统硬件电路设计

本系统主要电路由单片机控制电路、串行接口电路、细调延时电路、粗调延时电路、基准信号发生电路、键盘显示电路等组成。串行接口电路采用MAX232三线制与上位机COM口相连保持通讯。通过上位机的可视化软件对硬件进行控制，操作者能够通过PC机上的键盘控制细调延时在0—255ns时间内的选定，进而为实现远程控制提供了功能。键盘显示电路采用与CPU串行接口的HD7279A专用管理键盘和LED显示器的智能控制芯片，具有接口电路和外围电路简单，占用口线少的优点。下面着重讨论延时控制电路的设计。

2.1 基准信号发生部分电路

本部分电路采用典型函数发生器芯片MAX038，加外围控制选择电路以及由运放组成的放大器、加法器，以输出符合标准的源信号。将MAX038的A0、 A1接地，输出标准的方波，但此时上升沿斜坡有十几纳秒的±2V信号，输出信号不能够满足系统的要求，因此必须用运放电路将其转换为0-5V的方波信号输出到粗调延时电路的输入端。

2.2 粗调延时电路

本部分电路主要应用延时芯片DS1000_200，用拨码开关选取粗延时的时间。输入脉冲由DS1000_200的IN端输入，由5位拨码开关选通后输入细调延时电路的输入端,能够选择40、80、120、160、200ns的延时时间。

2.3 细调延时电路

本部分电路主要是利用AD9501的特性，加上外围电路的配合,选用合适的参数，达到准确的输出延时脉冲的目的，电路框图如图2所示。程序控制选通端由 D0-D7通过74LS373锁存由单片机89C51地址选通控制,由Trigger端输入脉冲信号，以控制芯片的工作时间。输出端Out应该和复位端 Reset连接在一起，每当输出端输出一个信号，便使芯片重新工作，输出的信号由高电平变为低电平。为了延时后的输出信号的宽度达到系统的要求，采用两个 “非门”将其隔开，能够达到约200ns的脉冲宽度，而且还能提高输出延迟脉冲的触发能力，但对延时的精度有一定的影响。

                  图 2细调延时电路

3.软件设计

本系统的软件由下位机程序和上位机程序两部分组成，下位机程序主要负责与上位机通信、单片机控制主控板的延时功能。上位机程序采用VC++语言开发，主要向下位机发延时控制的命令。

4． 系统指标测试

目标系统经过调试，精度已经达到设计标准，如图4所示。当D7-D0分别为00H和FFH,从图中可以看出在以粗调延时输出信号CH2为触发沿时，细调延时输出信号前后相差255ns.由此说明完全可以用程序较精准的控制延时时间。

当D7-D0 为 00H,设粗跳延时信号CH2与   时CH3之间相差（T） ns。       

当D7-D0为FFH，粗跳延时信号CH2与细调延时间细调延 时时间CH3之间相差

              图4  系统性能指标测试

下面看一下测试系统误差，误差测试如图5所示，图中水平标度为4ns/div，可以看到在波形强度调大的情况下，延迟信号前后的抖动不过1ns.说明完全达到了系统的要求。

                 图5   误差分析（水平标度为4.00ns/div）

参考文献
1．白驹珩，雷晓平．单片计算机及其应用[M]．电子科技大学出版社，1997.12．
2．何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计[M]．北京航空航天大学出版社,1991．
3．纪宗南. 单片机外围电路器件实用手册—输入通道器件分册[M]．北京航空航天大学出版社,1998．