二、研究的基本内容，拟解决的主要问题
1、 研究的基本内容
1 激光测距系统总体调研，对激光测距系统的研究背景以及国内外发展情○
况进行深入了解。
2 研究分析激光测距技术的特点，设计系统总体方案和系统工作框架。 ○
3 伪随机序列的定义及应用，m序列产生器。 ○
4 移位寄存器芯片选择 ○
5 设计伪随机码发生器 ○
6 基于编码发射的激光测距驱动电路设计 ○
7 对硬件电路进行调试，并对所进行的工作进行总结。 ○
2、 拟解决的主要问题
1 利用线性反馈移位寄存器，产生m序列即伪随机序列 ○
2 要用n级移位寄存器来产生m序列，○关键在于选择哪几级移位寄存器的
输出信号作为反馈信号。根据原始要求找出合理的反馈线。
3 由于输出的信号相位抖动较为严重，甚至会造成信号边沿不稳，而且存 ○
在着严重的寄生信号，因而输出的伪码质量较差;而如果经过D/A转换后再进行调理输出，这种影响会得到削弱，信号质量会得到提高。
三、研究步骤、方法
1 伪随机序列定义及其特点分析 ○
伪随机序列又称m序列或伪噪声序列，它是有带线性反馈的移位寄存器产生的 周期最长的一种序列。它是一种可以可以预先确定，并且可以重复产生和复制，又具有随机统计特性的2进制码序列。
伪随机序列所具有的的主要特点有以下4点：
(1) 每个周期中，“1”码出现2n次，“0”码出现2n-1次，即0和1出现的概率几乎 相等。
(2) m序列中连续出现1的数目是n，连续出现0的数目是n-1。 (3) 分布无规律，具有和白噪声相似的伪随机特性。
(4) 移位相加特性，即m序列和它自身的移位序列模2相加所得的序列仍
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是该m 序列的某个位移序列。例如一个m序列为Mx=100010011010111，将它延迟2位后得到 My=111000100110101，那么将其模 2 相加得到的序列为 Mz=Mx+My=011010111100010为Mx后延9位后得到的m序列。
2 m序列产生器 ○
通常产生伪随机序列的电路为一反馈寄存器。它又可分为线性反馈移位寄存器和非线性反馈移位寄存器两类。由线性反馈移位寄存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移位寄存器序列，通常称为m序列，即此次课题中产生的伪随机序列。
图1-1是一个m序列产生电路。图中示出了n级移位寄存器，其中有若干级经模二加法器反馈到第1级。从其中不难看出，移位寄存器在任意时刻总是2n个状态之一，其中每一个状态代表一个n位的2进制数。但是必须把全0状态排除在外，因为一旦进入全0状态，不论如何进行反馈，这种状态都不会发生再改变。故而由n级移位寄存器产生的状态可以是除全0以外的2n-1个状态之一。这个电路的输出序列是从移位寄存器输出的，尽管移位寄存器的状态随始终信号每移位节拍改变一次，但无疑是循环的。如果反馈线足够合理，那么寄存器必然会经理所有的非全0状态后开始循环。
由此可见，应用n级移位寄存器产生的序列最长周期为2n-1。虽然这种序列是周期的，但当n足够大是，其周期仍然可以接近无限长，在一个周期内0和1的排列接近于随机。
本课题中采用数字电路的方式实现m序列的产生。要求产生8位伪随机序列，即要求用一个8级反馈移存器产生m序列。对于一个8级反馈移存器，要产生m序列，其本原多项式为X8+X4+X3+X2+1，则在设计电路的时候需要将Q2与Q3异或结果再与Q4异或然后再与Q8异或再送入移位寄存器的输入。
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移位
X X2 X3
X4 X5 X6 X7 X8 输出
图1-2 八级反馈移位寄存器
3 选择芯片，选用移位寄存器74LS164，并确定引脚功能 ○
74LS164芯片是一个8位串入并出以为寄存器，其8个输出脚分别对应
着QA~QH。VCC接正5伏电源，GND接地，CLR接高电平，CLK接脉冲信号。其管脚如图1-2所示
图1-3 74LS164芯片引脚排列图
4 选择D/A转换器DAC0808 ○
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图1-4 DAC0808引脚排列图
D0~D7是数字信号输入端，I0是求和电流输出端，V（+）、V（-）是基准电
压输入端，COMP是外接补偿电源，Vcc、VEE是正、负电源输入端，GND是接地端。
5 设计伪随机码产生电路原理图 ○
6 对驱动电路进行设计，分析GTR/MOSFET管特点，最终采用“功率场○
效应晶体管”即MOSFET管
GTR/MOSFET管选择：
1. 功率MOSFET管具有正温度系数，当温度升高时通态电阻增大，有自限流作用，而GTR管的温度特性为负，温度越高，BE导通电压越小，电流越大，所以功率MOSFET管的热稳定性要高于GTR管。 2. 多个同参数的MOSFET管可以并联使用，通过其正的温度系数，多管之间可以实现自动均流效果，而GTR管不具备这个能力。 3. 功率MOSFET管中只有多数载流子参与导电，不存在GTR管中的少数载流子的存储效应，因此，开关速度快，工作频率高，是目前所有功率器件中工作频率最高的器件之一。
○7 利用功率MOSOFT管进行驱动电路硬件设计
8 激光发射器的选用 ○
首先考虑对人身的安全，对人体有害的波长不在考虑的范围。第二，考
虑激光器的发射功率和占空比，激光器的最大允许占空比要大于发射电路的发射
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频率和光脉冲宽度的乘积，选择适合的最大允许占空比可以使激光器正常工作并延长使用时间。第三，根据选用的测距方案选择合适的激光发射器。
激光二极管驱动芯片
SPLLL90芯片具有低驱动电压的优点，但需要很大的电流驱动激光器发射激光，稳定的大电流能够使缩短激光器发射激光的时间，这样就减小了触发脉冲触发激光发射和实际激光发射的电路延时误差，以提高测距系统精度。
参考芯片手册，选用INTERSIL公司的EL7104芯片作为SPLLL90的驱动芯片。SPLLL90需要一个大电流来驱动，而且脉冲的电流的脉宽必须小于激光
【9】二极管要发出的激光脉冲宽度。EL7104是一款高速单通道功率MOSFET驱动，
高效易用的芯片，具有最大可输出10A的驱动输出。具有响应时间快，低输出阻抗，高抗干扰能力，能耗低，驱动电压低的优点。
9 电路总体结构框图 ○
移位寄存器构成 的模二加法器
时钟电路 伪码输出 采用开关MOSFET管，芯片选用EL7104和SPLLL90 伪随机码发生器 伪随机码驱动电路 激光器 D/A转换电路
图1-5 电路总体结构图
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