【正文】 TDCGP2XIN1XOUT2Vio3GND4Fire15Fire26Fire_IN7INTN8Clk32In16SSN9SCK10SI11SO12RSTN13Vcc14Clk32Out15Senset17LoadT18PT419PT320GND21Vio22PT223PT124En_Start32Start31Stop130Vcc29GND28Stop227En_Stop126En_Stop225U1TDCGP2R1220X1CRYSTALR2560kC115pC215pR3100kR410kX2CRYSTALC315pC415p+3V圖43 TDCGP2外圍電路圖TDC是以信號通過內(nèi)部門電路的傳輸延時來進(jìn)行高精度時間間隔測量的[22]。測量過程中，只需計算出開始信號和結(jié)束信號之間所經(jīng)過的邏輯門的個數(shù)，就可以精確的計算出Start信號與Stop信號之間的時間間隔。芯片上的智能電路結(jié)構(gòu)、擔(dān)保電路和特殊的布線方式保證芯片可以精確地記下信號通過門電路的個數(shù)。TDC測量由Start信號觸發(fā)而開始，接收到Stop信號停止。由環(huán)形振蕩器的位置和粗值計數(shù)器的計數(shù)值可以計算出Start信號和Stop信號之間時間間隔，測量范圍可達(dá)20位。，其最小分辨率是，均方根噪音大約是。2) TDCGP2硬件電路設(shè)計圖43所示的是TDCGP2外圍硬件電路原理圖，在TDCGP2的應(yīng)用中需要兩個石英晶振，和，分別如圖43中所示的方式接入電路中。由于門電路的延時受到溫度和電壓的影響，因此，的晶振是為了校準(zhǔn)而設(shè)置的一個基準(zhǔn)。當(dāng)使用陶瓷晶振的時候，由于其頻率的誤差非常大，所以需要在測量的時候用的晶振對高速晶振進(jìn)行校準(zhǔn)。若選用溫度穩(wěn)定性非常高的石英晶振，在測量時就不用對高速晶振進(jìn)行校準(zhǔn)，因?yàn)檫@種晶振能夠完全滿足系統(tǒng)測量要求。3) 系統(tǒng)硬件程序設(shè)計TDCGP2測量控制流程如圖44所示，TDC測量單元中，所有工作模式的選擇、數(shù)據(jù)傳輸、以及最終數(shù)據(jù)的分析與計算都是由單片機(jī)來完成的。TDCGP2提供的SPI接口、數(shù)據(jù)位為8位，方便與單片機(jī)通信，由單片機(jī)對其進(jìn)行寄存器的配置，工作狀態(tài)的設(shè)定和數(shù)據(jù)傳輸，TDCGP2與單片機(jī)的連接圖如圖45所示。 距離計算部分前一部分已經(jīng)給出了三個時間變量，即為所測的時間間隔T（ns）TA(ns)TB(ns)，該計算部分主要由單片機(jī)完成，其功能主要是針對TDCGP2送來的三個時間值進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)計算，計算出相對應(yīng)的所測得的距離值。 TDC寄存器配置 測量模式 每個通道采樣次數(shù) 時鐘設(shè)置 校準(zhǔn)設(shè)置 初始化TDC TDC單元等待 開始脈沖信號 截止通道1脈沖信號 讀取數(shù)據(jù) 截止通道2脈沖信號 時間溢出 校準(zhǔn)測量 ALU數(shù)據(jù)計算 ALU根據(jù)HIT1和HIT2 向HIT1和HIT2 進(jìn)行數(shù)據(jù)計算 寫入新的數(shù)據(jù) 單次采樣 多次采樣 產(chǎn)生中斷 讀取數(shù)據(jù) 圖44 TDCGP2測量控制流程如圖單片機(jī)最小系統(tǒng)主要是為了保證單片機(jī)系統(tǒng)正常工作。主要由AT87C51單片機(jī)、外部振蕩電路、復(fù)位電路和+5V電源組成。在外部振蕩電路中，單片機(jī)的XTAL1和XTAL2管腳分別接12MHZ晶振和兩個30PF電容夠成的振蕩電路兩側(cè)，為單片機(jī)提供正常的時鐘脈沖。在復(fù)位電路中，復(fù)位電路如圖，單片機(jī)RESET管腳一方面經(jīng)20F的電容接至電源正極，實(shí)現(xiàn)自動復(fù)位，另一方面經(jīng)開關(guān)S接電源。主要功能是使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，另外當(dāng)程序出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，只要按復(fù)位鍵就可以重啟動單片機(jī)電路，因此，復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的一部分。TDCGP2XIN1XOUT2Vio3GND4Fire15Fire26Fire_IN7INTN8Clk32In16SSN9SCK10SI11SO12RSTN13Vcc14Clk32Out15Senset17LoadT18PT419PT320GND21Vio22PT223PT124En_Start32Start31Stop130Vcc29GND28Stop227En_Stop126En_Stop225U1TDCGP2R1220X1CRYSTALR2560kC115pC215pR3100kR410kX2CRYSTALC315pC415pXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1P87C51FAR110kR21kC110uFC230pFX1CRYSTALC330pF+3VSW1SWSPST 圖45 TDCGP2與單片機(jī)的連接圖XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST939383736353433321234567810111213141716152821222324252627U1P87C51FAR110kR21kC110uFC230pFSW1SWSPSTX1CRYSTALC330pF圖46 單片機(jī)最小系統(tǒng) 計算部分子程序設(shè)計由于所測得的時間間隔分為三個部分TA、TB和T，并且這三個部分的時間單位并不統(tǒng)一，分別是、所以在這個部分要先對他們的單位進(jìn)行整合，得出準(zhǔn)確的測量距離，要求單位為米(m)。距離計算部分子程序框圖如圖46所示。計算機(jī)控制LED顯示部分本部分主要是通過單片機(jī)控制四個LED數(shù)碼管來顯示出所測得得距離，主要包括87C51單片機(jī)芯片，四個74HC573鎖存器，四個數(shù)碼管（分別顯示所測得的距離的十位、個位、十分位和百分位）、三個與門和四個三極管。 LED，四位顯示，分別為十位、個位和兩個小數(shù)位十分位、百分位，所以選用了四個LED數(shù)碼管。數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩種，發(fā)光二極管的陰極連在一起即為共陰極，陽極連在一起即為共陽極，一個數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管組成，其中，7個發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”，另一個作為小數(shù)點(diǎn)顯示。本設(shè)計選用了八位共陽極數(shù)碼管，如下圖，其中a、b、c、d、e、f、g由不同的信號控制顯示數(shù)字，dp為小數(shù)點(diǎn)顯示。如圖45是一個八位共陽極數(shù)碼管的引腳圖： TA TB TAB 將單位統(tǒng)一為nm T + TAB T 完整的時間間隔 S 所測得的距離值(m) 圖46 距離計算框圖其計算公式如下： (44) 圖45 八位共陽極LED引腳圖 74HC573本設(shè)計的顯示部分共有四個數(shù)碼管，但都共用一個單片機(jī)的輸出口來控制數(shù)字的顯示，為了使各個數(shù)碼管的顯示不互相干擾，在各個數(shù)碼管前加一個74HC573鎖存器以控制數(shù)碼管的穩(wěn)定顯示，74HC573鎖存器引腳圖如下：D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE174HC573圖48 74HC573鎖存器引腳圖其工作原理是：當(dāng)C端口為高電平時，左側(cè)輸入端輸入什么二進(jìn)制信號對應(yīng)的右側(cè)輸出端輸出同樣的二進(jìn)制信號；當(dāng)C端口變?yōu)榈碗娖綍r，無論左側(cè)輸入端輸入什么二進(jìn)制信號對應(yīng)的右側(cè)輸出端保持輸出C端口上次為高電平是的輸入信號。 單片機(jī)控制的LED顯示部分電路設(shè)計本部分主要是單片機(jī)控制所測得的距離各個位的顯示，、個位、十分位、百分位顯示，對應(yīng)低電平有效，同時，其中，個位數(shù)的小數(shù)點(diǎn)持續(xù)顯示，接低電平，具體硬件電路圖如圖49：55XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD53