基于时间一数字转换的精密时差测量系统设计

通信程序、数据的处理、显示和传输等，其中单片机与上位机的通信采用查询方式。主程序流程图如图4所示。

3．2 TDC子程序

　　对TDC-GPl的初始化子程序流程图如图5所示。置TDc芯片于写工作状态后，开始对TDC-GPl进行写操作。通过赋值控制寄存器7屏蔽所有的SToP输入信号；接着，写控制寄存器11，初始化TDC和ALU；然后，指针指向控制寄存器0，使芯片工作于量程2，自校准模式，无数乘功能；再写控制寄存器4，选择参考时钟SEL-TDC-CLK；再写控制寄存器2，令通道2第1个脉冲上升沿与通道1第1个脉冲上升沿作差；最后，通过写控制寄存器7，取消2个通道对STOP输入信号的屏蔽，允许多次采样。在测量中，各个寄存器的设置如下：reg7=00H，regll=07H，regO=78H，reg4=40H，reg2=2lH，reg7=04H。

　　当单片机查询到TDC-GPl芯片输出的中断信号后，程序进入中断服务子程序。置TDC芯片于读工作状态，单片机开始对进行内部结果寄存器数据的读出操作。通过选定起始地址可读出多重数据并能连续不断地进行读操作，最后根据设置完成测试数据的计算、处理、显示及传输等功能。

4 试验数据及分析

　　系统工作在室温25℃，5．03 V电压条件下，通过对CPLD信号发生电路产生的数字脉冲信号间隔进行实际测量，以验证系统工作性能。分别对单个(第1组及第2组)和多个(第3组和第4组)不同的脉冲宽度进行测量，并计算其绝对误差。测量数据如表1所示。

　　通过对表1分析得出，测量结果保持了的测试稳定度和测量精度，基本实现了精密时差测量的功能。但仍然存在一定的时间测量误差。另外，经过对相同时差多次测量发现，测量结果有一定的波动，主要原因是时间测量模块是采用内插延时线法测量的，在工作时间过长或外界温差较大时会产生热效应，导致延时链受温度影响而延长时间变化，采用高精度的系统工作电压和恒温措施可稳定延时线延时常数，进一步提高测量精度。

5 结 语

　　设计基于TDC-GPl和DS89C450单片机的精密时差测量系统，通过对测量数据的分析表明，系统实现了纳秒级的时间间隔测量，同时系统具有性能稳定、精度高、节能等有优点，因而在无线定位、测时、遥控遥测、激光测距、电子测量仪器等领域具有广阔的应用前景。