tdc-gp2激光测距应用

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1、TDC-GP2在时差法法法（法（（（TOF）））脉冲式激光测距中中中的应用中的应用摘要：：：在脉冲式激光测距仪的设计当中，时差测量（timeofflightmeasurement）成为了一个影响整个测量精度最关键的因素。德国acam公司设计的时间数字转换芯片TDC-GP2为激光测距的时间测量提供了完美的解决方法。本文着重介绍了应用TDC-GP2在设计激光测距电路当中的优势，以及在应用中给出一些建议和提出了需要注意的一些问题。1.概述在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。在很多领域，电力，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务

2、，消防，爆破，航海，铁路，反恐/军事，农业，林业，房地产，休闲/户外运动等都可以用到激光测距仪。激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法脉冲法和相位法脉冲式激光测距仪是通过测量激光从发射到返回之间的时间来计算距离的。因此时间测量对于脉冲式激光测距仪来说是非常重要的一个环节。由于激光的速度特别快，所以发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔非常小。。例如要测量1公里的距离，分辨率要求1cm，则时间间隔测量的分辨率则要求高达67ps。德国acam公司的时间数字转换器TDC-GP2单次测量分辨率为典型65ps，功耗超低，集成度高，测

3、量灵活性高，是脉冲式激光测距仪时差（TOF）测量非常理想的选择。2.TDC-GP2激光测距原理TDC-GP2的激光测距基本原理如图1所示：单单单片单片片片机机机机激激激光激光光光驱驱驱驱动动动动脉脉脉冲脉冲冲冲式式式式激激激激光光光光(MCU)器器器二二二极二极极极管管管管发发发射发射射射电电电电路路路路物物物体物体体体StartStartTDC-GP2接接接收接收收收电电电电路路路路StopStop光光光学光学学学元元元元件件件件图1：TDC-GP2激光测距原理激光发射装置发射出光脉冲同时将发射脉冲输入到TDC-GP2的start端

4、口，触发时差测量。一旦从物体传回的反射脉冲达到了光电探测器（接收电路）则给TDC产生一个Stop信号，这个时候时差测量完成。那么从Start到Stop脉冲之间的时差被TDC-GP2精确记录下来，用于计算所测物体与发射端的距离。在这个原理中，单片机对于TDC-GP2进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量结果传回给单片机通过算法进行距离的精确计算，同时如果有显示装置的话，将距离显示出来。在这个原理当中距离的测量除了与TDC-GP2的时差测量精度有关外还与很多其他因素有关系：-激光峰值功率-激光束发散程度-光学元件部分-光传输的媒体(空气

5、，雨天，雾天等)-物体的光反射能力-光接收部分的灵敏程度等等被测物体特性以及传输媒介的铁性一般是由应用的条件给出的，那么可以根据应用的条件来选择激光的发射器（波长，驱动条件，光束的特性等）和接收器（类型，灵敏度，带宽等）。测量的范围在激光峰值功率更高以及信噪比更高的情况下也会相应增加。那么时差测量的精度除了与TDC-GP2芯片本身测量精度有关系外还与激光的脉冲特性有关，比如脉冲的形状（宽度，上升下降沿的时间），以及探测器带宽和信号处理电路。对于tdc-gp2而言，脉冲信号的速度越快，带宽越宽，则测量精度相应得会越高。那么上面所述的一些

6、需要注意的问题在这里我们并不做讨论，我们假设其他方面都已经解决，那么这里我们着重介绍一下如何应用单片机和TDC-GP2来控制时间测量。对于tdc-gp2而言，这颗芯片本身有两个测量范围，测量范围1和测量范围2。测量范围1的时间测量从0ps-1.8us,相对于距离来讲大约为0-270m。测量范围2的测量范围从2倍的高速时钟周期到4ms.也就是说最高的距离测量可以到25公里以外.那么我们下面就以不同的测量范围来进行介绍.测量范围1:0ps-1.8us在这个测量范围下,TDC-GP2芯片的测量工作全部是由TDC高速测量单元完成的。在这个测量

7、范围中，gp2的start通道，stop1，stop2通道都可用。每个stop通道有4个脉冲的测量能力。在这个测量范围下，测量结果可以选择校准结果（32位）或者非校准结果16位。推荐使用32位的校准结果，也就是每次测量都对TDC测量单元进行一次校准。需要引起注意的问题：-对于TDC-GP2来讲触发它的脉冲宽度必须要大于2.5ns。-在start通道的触发边沿与第一个stop通道的脉冲边沿之间的时间间隔要大于3.5ns。-推荐自动校准结果，并且选择每次测量完成后进行自动校准。这个功能通过设置寄存器0的自动校准位为0来开启。-如果计算st

8、op1和stop2通道的脉冲时差的话，脉冲的时差范围可以降低到0。Start到最后一个stop脉冲的距离不能够超过1.8us,这是由于硬件本身所限制的。在这个测量模式下测量流程以及典型的寄存器设置如下：检查在什么地方有问