基于TDC-GP21的激光测距设计

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基于TDCGP1的激光测距仪的设计

High Resolution Mode. Just like any other chip, a TDC is not characterized by it's 'key features' alone such as for instance it's resolution but also by various other characteristics such as it's usability, it's flexibility regarding applications, it's smooth integration into available circuits, etc.
2、激励源(泵浦源)
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励;也可以用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化的称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断的泵浦以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
1.3.2相位测距法6
1.3.3三角测距法8
1.3.4反馈测距法8
1.4现行的激光测距技术比较8
1.5基于时间数字转换器TDC-GP1的激光测距方法9
1.6本文研究的内容9
1.7本文结构10
第二章基于TDC-GP1的激光测距系统组成10
2.1硬件系统构成10
2.2系统主要工作过程11
第三章TDC-GPl芯片结构与功能特性11
has larger scale，higher speed higher differentiate,and smaller error.It can cut short the scale of

一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现

一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现背景与概述在家庭、公寓、办公楼等大量建筑物中，热能消耗占据了非常大的比例，因此监测和控制热量的消耗和分配是非常重要的。

根据热量的测量方法不同，传统的低功耗热量表通常采用机械式、电子式、电离式等测量方法，这些方法在测量准确度、实时性以及维护成本等方面存在问题。

为了满足现代低功耗热量测量对精度和实时性的要求，本文提出了一款基于TDC-GP21芯片的低功耗热量表设计与实现。

TDC-GP21芯片介绍TDC-GP21芯片是一款集成了时间数字转换器和计数器模块的高性能低功耗芯片。

TDC-GP21最大的特点是能够实现高精度的计时并提高测量精度。

其内部时钟频率高达1GHz，最高能够计数到1.024秒，并提供了 SPI 接口驱动，能够和 MCU系统集成。

基于TDC-GP21芯片的低功耗热量表，通过对芯片的时间计数和测量，能够实现对热量的高精度计量和追踪。

低功耗热量表整体设计一款基于TDC-GP21的低功耗热量表，主要由传感器、计算模块、显示模块和MCU等模块组成。

其中传感器和计算模块为核心部件，负责实现热量的测量和计算，而显示模块则用于显示热量数据，MCU则作为控制模块，控制整个系统的运行和处理。

传感器传感器是整个热量表测量的核心部分，负责实时监测水流量和温度的变化。

本文选择热能传感器作为测量传感器。

计算模块计算模块实际上就是基于TDC-GP21芯片的计数器模块。

该模块负责测定冷热水进出口的时间差，并通过这个差值计算出每秒钟的冷热水体积。

通过脉冲的计数和时间计数，计算出流量。

显示模块显示模块主要是将计算模块得到的热量数据实时显示给用户。

本文选择了一块4位7段数码管模块作为显示模块。

这种模块在价格上比LCD显示屏等其他显示模块便宜，且比较简单。

这种模块有较低的功耗，并且可以实时显示正在测量的数据。

MCUMCU控制模块负责控制显示模块的输出，从传感器提取数据，并处理和转换数据以便于实时显示。

基于TDC—GPl的高精度激光测距研究

卢静怡，杨志卿，赵向凯，李冰
（１Ｅ京交通大学电子信息工程学院，北京１０００４４；
２．中国科学院半导体研究所，北京１０００８３；３．潍坊港华燃气有限公司，山东潍坊２６１０００）
要求。
关键词：时间间隔测量；ＴＤＣ — ＧＰ１；高精度
中图分类号：ＴＮ７１０．６文献标识码：Ａ文章编号：１６７３ — １２５５（２０１３）一０１ — ００６０ — ０６
ＨｉｇｈＡｃｃｕｒａｃｙＬａｓｅｒＲａｎｇｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＢａｓｅｄｏｎＴＤＣ－ＧＰ１
第２８卷第１期
２０１３年２月
光电技术应用
ＥＬＥＣＴＲ０一ＯＰＴＩＣＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
ＶＯ１．２８．Ｎｏ．１
Ｆｅｂｒｕａｒｙ，于ＴＤＣ— ＧＰ１的高精度激光测距研究
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｐｌａｙｓａｄｅｃｉｓｉｖｅｒｏｌｅｉｎｒａｎｇｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｎｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌ，ａｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎＴＤＣ—ＧＰ１ｃｏｕｎｔｉｎｇｃｈｉｐ．Ｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｏｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｎｕｍｂｅｒ．Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈｒｄａｗａｒｅ，ＴＤＣ— ＧＰ１ｉｓｃｏｎ￣ｏｌｌｅｄｂｙＤＳＰｃｈｉｐｔｏｐｅｆｏｒｒｍｉｔｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｍｅａ — ｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｉｎｇｌｅ —ｃｈａｎｎｅ１．Ｔｉｍｅｉｎｔｅｖａｒｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙｉｎｎｅｒｃｏｒｓａｅｃｏｕｎｔｅｒｓｎｄａｉｎｆｅｄｅｌａｙｔｉｍｅｃｈｎｎａｅｌｓ．Ｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｔｏｂｅｔｅｓｔｅｄｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｎｖｅ￣ｅｄｉｎｔｏｄｉｇｉｔａｌｒｅａｄｏｕｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｕｌｅｈａｓｆａｓｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｆｑｕｅｎｃｙ，ｇｏｏｄｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｕｌｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１００ｐｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｈｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｐｅｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

TDC-GP21在激光测距中的应用

的分辨率，能够以较高的精度获得准确的脉冲往返时间，从而能够更为准确地计算出实际距离。详细论述了硬件电路中，
ＴＤＣ — ＧＰ２１的外围电路以及工作方式，以及其内部的误差校验方式。在实际设计与实现过程中，针对不同量程，设置不同的闽值比较电压能较精确的测量出时间间隔。
周期的个数来得出时间间隔，为了达到较高的精度，对硬件电路有极高的要求，不易实现且增加了设计成本Ｊ。ＴＤＣ— ＧＰ２１作为ＡＣＡＭ公司ＴＤＣ— ＧＰ２的下一代时间数字转换器产品，因其良好的性能，为测量激光脉冲往返时间提供了一个较好的解决方案。该芯片应用电路简单，且时间测量的精度满足实际应用中的需求。
《工业控制计算机｝２０１７年第３Ｏ卷第６期
１２７
ＴＤＣ — ＧＰ２１在激光测距中的应用
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴＤＣ－ＧＰ２１ｉｎＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＲａｎｇｉｎｇ
脉冲式激光测距方案。
保证。实际工作过程中的测量精度取决于内部电流信号通过单个逻辑门的传播时间。
ＴＤＣＧＰ２１具有两个测量范围，其中测量范围１的时间测

基于TDC_GP2的脉冲激光测速系统设计

激光测速是从六十年代中期发展起来的，利用激光的单色性、能量高度集中的特点，用测频的方法直接测物体的速度。

比起老式的雷达测速仪，最新的激光测速仪的性能有了明显的提高。

激光测速的主要方法有脉冲法和相位法。

由于相位法对光路要求非常严格，且外围电路设计复杂，成本太高，不利于工业领域大范围应用，因此，目前激光测速多采用脉冲法。

1脉冲激光测速原理脉冲激光测速系统是通过测量激光器发出的光脉冲与光脉冲返回光接收机的时间间隔来计算目标距离，从而根据距离推算出目标速度。

激光测距公式为：R＝C×△t ／2n軈＝Cm ／2n 軈f （1）式中，R 为目标距离，C 为真空中的光速（2．998×108m ／s ），n軈为光束路径上大气折射率的平均值，m 为时标振荡器在光往返过程的脉冲个数，f 为计数时钟频率。

激光测速系统是在激光测距的基础上，用直接探测法来进行测速的，即分别在t 1、t 2时刻测量目标距离R 1、R 2，再计算径向平均速度。

激光测速公式为：V＝（R 1－R 2）／（t 1－t 2）（2）由于脉冲时间极短，可将径向平均速度看成瞬时速度。

影响脉冲激光测速的关键在于测距精度，由式(1)可见，影响测距精度的关键，在于发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔的测量精度。

由于激光的速度非常快，所以发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔非常短。

例如要测量1km 的距离，分辨率要求为1cm ，则时间间隔测量的分辨率要求高达67ps ，因此时间测量对于脉冲激光测速系统来说是非常重要的一个环节。

本激光测速系统采用ACAM 公司的TDC－GP2芯片测量发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔,采用STC89C52单片机进行控制。

2TDC－GP2芯片简介TDC－GP2是德国ACAM 公司继TDC－GP1之后新推出的一款高精度时间间隔测量芯片。

与TDC－GP1相比，TDC－GP2具有更高的精度和更小的封装，价格仅为TDC－GP1的40％，更适合应用于低成本的工业领域。

TDC-GP2激光测距应用

没有平均的情况下：
单位（ns）
未平均 397 396.9 396.8 396.7 396.6 396.5 396.4 396.3
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481
应用平均的情况下：
在这个测量模式下测量流程以及典型的寄存器设置如下：
上电复位寄存器配置
检查在什么地方有问题
发送初始化命令
TDC测量进入状态等待 start,stop脉冲
测量
测量
完成
溢出
再读数据
判断中断
写入新的计算方法 (计算多于一个脉冲
时)
1个脉冲
读数据
读状态寄存器看是否测量正常 ,还是溢出
//测量循环： void measurement() { SPIwrite8 (0x70) ;//初始化测量，通知 gp2 进入测量准备状态
Check INTN=0? SPIwrite32 (0xb4) ; //发送命令读状态寄存器 SPIread8 (STAT) ; STAT&0x0600>0？//=>说明有测量溢出，有问题 SPIwrite32(0xb0) ; //发送命令读 reg0 结果 SPIread32(reg0) ; }
那么上面所述的一些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.

基于TDC-GP2的激光测距飞行时间测量系统

基于TDC-GP2的激光测距飞行时间测量系统
姚万业;龙洋;张东峰;游勇华
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2008(000)006
【摘要】在激光盘煤测量系统中,激光飞行时间的测量是影响整个系统精度的关键因素.文章基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2设计了一种用于激光盘煤测量系统中的激光飞行时间间隔测量系统,介绍了TDC-GP2激光测距原理,给出了系统硬件及软件设计.试验结果表明,该系统结构简单、测量精度高,具有较高的可行性.【总页数】3页(P47-49)
【作者】姚万业;龙洋;张东峰;游勇华
【作者单位】华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TD605;TN247
【相关文献】
1.基于共振的激光脉冲飞行时间测距时刻探测技术 [J], 黄民双;李剑;田丰
2.基于铷原子钟和双TDC-GP2的高精度时间基准测量系统的设计 [J], 崔永俊;刘阳;杨兵
3.基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量系统设计 [J], 张彬彬;崔永俊;杨兵
4.高精度时间测量芯片TDC-GP2在激光测距中的应用 [J], 仲峰;万莉萍;岳宇军
5.基于TDC-GP2的时间间隔测量系统设计 [J], 杨兵;崔永俊;贾磊;王晋伟
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TDC_GP21中文数据手册

3
Time-to-Digital-Converter
TDC-GP21
4
acam-messelectronic gmbh - Am Hasenbiel 27 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
TDC-GP21
1
概述
TDC-GP21为TDC-GP2的下一代升级产品.这颗芯片提供了对于TDC-GP2的管脚完全兼容的功能,
0.06
0.04
0,02% < 0.01%
0.012 0.0082
单位 Bit dB
%/V %/10 K
acam-messelectronic gmbh - Am Hasenbiel 27 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
1-1
2-1 2-2 2-3 2-6 2-7 2-8
3-1 3-11 3-13 3-14
4-1 4-7 4-14 4-16
5-1 5-4 5-7 5-7
6-1
7-1
acam-messelectronic gmbh - Am Hasenbiel 27 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
如果应用tdcgp21的模拟部分那么一个超声波热量表的典型测量功耗可以下降到22ua11特性测量范围2?单通道90ps典型精度?双精度模式45ps四精度模式22ps?测量范围500ns到4ms?2xclkhs脉冲最小间隔最多可以接受3个脉冲?3个脉冲每个都可以设定精准的时间窗口窗口精确度达10ns模拟输入部分?斩波稳定低噪声比较器?2个模拟开关作为输入选择?外部电路仅需要2个电阻和2个电容特殊功能?脉冲产生器可以产生最多127个脉冲?可以选则上升沿和或下降沿敏感?通过窗口功能精确接受stop脉冲?低功耗32khz振荡器500na?时钟标定单元?7x32位eeprom温度测量单元?2或4个传感器?pt500pt1000或者更高?集成的施密特触发器?应用外部施密特触发器为16位有效精度对于铂电阻来说0004c分辨率应用内部集成低噪声施密特触发器为17

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自1960年美国T.H.Maiman博士制成世界上第一台红宝石激光器开始，激光优异的单色性、方向性和高亮度性就引起了人们的普遍关注。激光的这些特性，决定着它成为理想的测距光源。国内外均大力开展了激光测距系统的研制工作。1961年美国就成功的研制了世界上最早的红宝石激光测距系统，1969年美国又首次将激光测距系统应用于坦克火控系统。从此，激光测距技术发展迅猛，广泛的应用于战场上。
[Key Words]Laser ranging,Time intervals,TDC-GP21,Ranging precision measurement
第一章
1.1 激光测距技术
激光测距是指根据激光往返待测距离的时间来测定距离的方法，激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。
【关键词】激光测距，时间间隔测量，TDC—GP2ห้องสมุดไป่ตู้，测距精度
Laser RangingBased onTDC-GP21
[Abstract]The laser range finder is developing in small,low-power and high-precision direction.A portable laser range finder with high precision was researcher in this paper. We have studied the pulsed laser ranging technology, and the priority is the critical technology of the high-precision measurement in short intervals. In this paper,we have proposed the solutions of the portable diode laser rangefinder system based on the high-precision time interval measurement chip TDC-GP21, through a deep research of the principle of the pulsed laser rangefinder. studied the time measuring principle of the TDC-GP21, designed the time interval measurement unit that based on the TDC-GP21, designed the driven power of the pulse- semiconductor lasers and the driven circuit of the photoelectric detector. To solve the error caused by the count resolution in a limited distance, we have combined traditional methods to improve the time resolution, and with the research, development and innovation of the technology, we have ensured and developed the time measurement accuracy of the ranging system, reduced the cost of the hardware and simplified the control circuit.
激光测距方法从原理上分主要有相位测距法和脉冲测距法两种。由于相位测量技术较为成熟，因此测距精度较高，目前的测距技术大多采用此法，但相位测距电路较为复杂，技术难度较大，测程短。脉冲式测距方法结构简单，信号易于处理，并且易于实现实时测量，具有测程长的优点，因此发展潜力很大。
1.2激光测距的发展
国外许多大学,研究机构和公司都开展了这方面的研究工作。芬兰奥鲁大学电器工程系和芬兰技术研究是最早的研究中心,从 20世纪 70年代初至今持续了30多年,研究内容从各分系统到整机及其应用,并且与美国、俄罗斯几家著名公司联合开展了应用研究,其产品涉及工业、航天、海洋及机器人视觉等许多方面。美国有许多家著名公司开展了这方面的研究,Schwartz Electro-Optics 公司为美国国家数据中心研制了激光海浪测量装置,用于无人看守的海浪测量站为美国联邦政府高速公路管理局研制了激光自动探测系统,用于车辆速度和高度的测量,提高了交通效率还为军方研制了直升机防撞告警装置。近期又有几家美国公司开展这方面研究的报道,1992 年美国亚特兰大激光公司为警方专门设计的便携式人眼安全激光二极管测距机,用于对车辆的测距和测速。1996 年下半年美国 Bushnell公司推出了测距能力为400码的400型的激光测距仪Yardage 400(800)；1997年Bushnell公司在Internet网上又推出测距能力为800码的800型激光测距仪；1998年美国Tasco公司推出测距能力为800码的摄像机型Lasersite LD激光测距仪。最近几年美国LaserTech、Leica等公司也相继推出测距能力1000米,精度1米的手持式望远镜测距仪。1995 年以来,国际上对人眼安全的半导体激光测距技术发展十分迅速,已开展了波长在800-900nm范围内,峰值功率为脉冲宽度20-50ns、重复频率1-10kHz、测量距离10m-1km无合作目标的激光测距机研究。
基于TDC-PG21的激光测距
【摘要】激光测距仪正朝着小型、低功耗和高精度方向发展，尝试研制一种高精度的便携式脉冲激光测距仪。针对脉冲式激光测距技术展开，重点研究短时间间隔的高精度测量这一关键技术。在对普通脉冲激光测距机的时间间隔测量方法分析后，提出了基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP21的便携式脉冲半导体激光测距仪系统方案。分析了TDC-GP21时间测量原理，设计了基于TDC-GP21的时间间隔测量单元，脉冲半导体激光器的驱动电源、光电探测器的驱动电路。针对有限距离的计数分辨率引起的误差，结合传统提高时间分辨率的方法，并对这一技术进行研究、发展和创新，使得测距系统的时间测量精度得到了很好的保证及提高，降低了硬件成本，简化了控制电路。