一种用于时差测量的电路结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种用于时差测量的电路结构，包括D型触发器、第一高速模拟开关、第二高速模拟开关、电容、A/D转换器以及单片机；D型触发器的引脚五与第一高速模拟开关的控制端相连；D型触发器的引脚四与电源地相连，引脚四与第二高速模拟开关的电源输出端相连；第一高速模拟开关和第二高速模拟开关均包含可与所述控制端、所述电源输出端相连接的第一触点和第二触点；第一高速模拟开关的第二触点和第二高速模拟开关的第一触点分别与电容的一个极板和A/D转换器的一端电连接，电容的另一个极板与电源地相连；A/D转换器的另一端与单片机的一端相连，单片机的另一端与第二高速模拟开关的控制端相连。本实用新型的有益效果是：结构简单，时差计算更为精准。
【专利说明】
一种用于时差测量的电路结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉时差测量技术领域，尤其是涉及一种用于时差测量的电路结构。
【背景技术】
[0002] 随着科技的不断发展，尤其是在测距、通信、雷达、卫星以及导航定位等技术领域 对于时间计量精度的要求也越老越严苛。时间间隔即时差的计算精确程度是影响这些技术 领域所得相关数据是否可靠的必要条件之一。因此，在这些技术领域中相关实验数据是非 常需要精准度更高的时间间隔测量设备所测量的时差为依托进行相关测算。然而，现有技 术中传统计时器的计时原理以及相关结构不仅复杂还无法满足这些技术领域对时差计算 的精准要求。
[0003]由此可见，如何设计出一种用于时差测量的电路结构，具有结构简单、时差计量更 加精准的优点是目前本领域技术人员亟待解决的问题。 【实用新型内容】
[0004] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种结构简单且时差计量更为精准的用于 时差测量的电路结构。
[0005] 本实用新型一种用于时差测量的电路结构，包括D型触发器、第一高速模拟开关、 第二高速模拟开关、电容、A/D转换器以及单片机;所述D型触发器的引脚五为控制输出端， 所述引脚五与所述第一高速模拟开关的控制端相连接;所述D型触发器的引脚四与电源地 相连接，所述引脚四还与所述第二高速模拟开关的电源输出端相连接;所述第一高速模拟 开关和所述第二高速模拟开关均包含可与所述控制端、所述电源输出端相连接的第一触点 和第二触点;所述第一高速模拟开关的第二触点和所述第二高速模拟开关的第一触点相 交形成一交点，所述交点分别与所述电容的一个极板和所述A/D转换器的一端电连接，所述 电容的另一个极板与所述电源地相连接;所述A/D转换器的另一端与所述单片机的一端相 连接，所述单片机的另一端与所述第二高速模拟开关的控制端相连接;其中，所述D型触发 器的引脚一用于接收触发信号，所述D型触发器的引脚六用于接收清零信号，所述D型触发 器的引脚二、引脚七和引脚八用于外接电源。
[0006] 进一步地，还包括运算放大器，所述运算放大器包括正输入端、负输入端和输出 端。
[0007] 进一步地，所述输出端与A/D转换器的一端电连接，所述A/D转换器的另一端则与 所述单片机的一端电连接，所述单片机的另一端与所述第二高速模拟开关的控制端相连 接。
[0008] 进一步地，所述负输入端与所述电源地连接，所述正输入端与所述第一高速模拟 开关的第二触点和所述第二高速模拟开关的第一触点相连接，所述输出端与所述负输入端 相连接。
[0009] 进一步地，所述第一高速模拟开关的电源输出端和所述电源之间、所述D型触发器 的引脚五和所述第一高速模拟开关的控制端之间、所述运算放大器的负输入端和所述D型 触发器的引脚四之间、所述第一高速模拟开关的第二触点与所述第二高速模拟开关的第一 触点的所述交点和所述运算放大器的正输入端之间、所述运算放大器的负输入端和输出端 之间均串联有负载电阻，其阻值分别为Rl、R2、R3、R4和R5。
[0010] 进一步地，所述D型触发器的型号为NC7SZ74的一种高速D型触发器。
[0011] 本实用新型一种用于时差测量的电路结构，与现有技术相比具有以下优点：
[0012] 第一，该用于时差测量的电路结构中在进行时差测量时，所述引脚一的触发信号 保持高电平，所述引脚五输出高电平，所述第一高速模拟开关的控制端与其第二触点和其 电源输出端接通，使得所述电容开始充电；当测量结束时，所述引脚一的触发信号变为低电 平，所述引脚五输出低电平，所述第一高速模拟开关的控制端与其第一触点和其电源输出 端接通，所述电容结束充电。之后，通过所述电容电压的幅值大小便可以简单并精确计算出 时差的长短。因此，该时差测量电路结构不仅结构简单，而且通过所述电容微弱的电压幅值 信号变化便能够得出时差的精确数据，使得时差计算更为精准。
[0013] 第二，该用于时差测量的电路结构中还包括运算放大器，所述运算放大器包括正 输入端、负输入端和输出端。这主要是为了通过所述运算放大器检测出所述电容的较小电 压幅值，从而进一步提高了该用于时差测量的电路结构的测量精度，以使所述用于时差测 量的电路结构能够应用于更多技术领域，提高了其普适性。
[0014] 第三，该用于时差测量的电路结构中所述输出端与A/D转换器的一端电连接，所述 A/D转换器的另一端则与所述单片机的一端电连接，所述单片机的另一端与所述第二高速 模拟开关的控制端相连接。该设计使得所述电容的电压幅值经所述运算放大器运算放大 后，通过所述A/D转换器转化为所述单片机可读取的电压值，为所述电容的电压幅值与时差 的转换提供了便利。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的电路图；
[0016] 图2为本实用新型中所述触发器的结构示意图。
[0017] 图中：D型触发器为Ul，第一高速模拟开关为U2，第二高速模拟开关为U3，运算放大 器为U4,电容为Cl，第一高速模拟开关和第二高速模拟开关的控制端、电源输出端、第一触 点、第二触点分别为SEL、VOUT、BO、B1，运算放大器的正输入端、负输入端和输出端分别为 INI+、INI-和OUTI。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
[0019] 如图1-2所示，一种用于时差测量的电路结构，包括D型触发器U1、第一高速模拟开 关U2、第二高速模拟开关U3、电容C1、A/D转换器以及单片机。所述D型触发器的引脚五为控 制输出端，所述引脚五与所述第一高速模拟开关U2的控制端相连接。所述D型触发器的引脚 四与电源地相连接，所述引脚四还与所述第二高速模拟开关U2的电源输出端VOUT相连接。
[0020] 所述第一高速模拟开关U2和所述第二高速模拟开关U3均包含可与所述控制端 SEL、所述电源输出端VOUT相连接的第一触点BO和第二触点B1。所述第一高速模拟开关U2的 第二触点BI和所述第二高速模拟开关U3的第一触点BO相交形成一交点，所述交点分别与所 述电容Cl的一个极板和所述A/D转换器的一端电连接。所述电容Cl的另一个极板与所述电 源地相连接;所述A/D转换器的另一端与所述单片机的一端相连接，所述单片机的另一端与 所述第二高速模拟开关U3的控制端SEL相连接。
[0021]其中，所述D型触发器Ul的引脚一用于接收触发信号，所述D型触发器Ul的引脚六 用于接收清零信号，所述D型触发器Ul的引脚二、引脚七和引脚八用于外接电源。
[0022] 所述D型触发器Ul的型号为NC7SZ74的一种高速D型触发器。所述高速D型触发器可 通过对各个引脚的不同设置而使所述引脚五灵活输出，具体的输出结果详见以下真值表 (Truth Table)〇
[0023] Truth Table
[0025]该用于时差测量的电路结构中还包括运算放大器U4,所述运算放大器U4包括正输 入端INI+、负输入端INI-和输出端OUTI。所述输出端OUTI与A/D转换器的一端电连接，所述 A/D转换器的另一端则与所述单片机的一端电连接，所述单片机的另一端与所述第二高速 模拟开关U3的控制端SEL相连接。
[0026]所述负输入端INI-与所述电源地连接，所述正输入端INI+与所述第一高速模拟开 关U2的第二触点Bl和所述第二高速模拟开关U3的第一触点BO相连接，所述输出端OUTI与所 述负输入端INI-相连接。
[0027] 所述第一高速模拟开关U2的电源输出端VOUT和所述电源之间、所述D型触发器Ul 的引脚五和所述第一高速模拟开关U2的控制端SEL之间、所述运算放大器U4的负输入端 INI-和所述D型触发器Ul的引脚四之间、所述第一高速模拟开关U2的第二触点Bl与所述第 二高速模拟开关U3的第一触点BO的所述交点和所述运算放大器U4的正输入端INI+之间、所 述运算放大器U4的负输入端INI-和其输出端OUTI之间均串联有负载电阻，其阻值分别为 則、1?2、1?3、1?4和1?5。之所以设置这些负载一方面是为了使所述用于时差测量电路结构能够 正常运行，另一方面则是出于所述用于时差测量电路结构整体安全而设计。
[0028]所述用于时差测量的电路结构的工作原理具体如下：
[0029]所述D型触发器Ul的引脚六中的清零信号保持高电平，所述D型触发器Ul的引脚一 中的触发信号保持低电平，而所述D型触发器的引脚五则输出低电平。此时，所述第一高速 模拟开关U2的控制端SEL与其第一触点BO和其电源输出端VOUT接通，所述单片机控制所述 第二高速模拟开关U3的控制端SEL与其第一接触点BO和其电源输出端VOUT接通，这种情况 下所述电容Cl处于初始未充电状态。
[0030]当开始时差测量时，所述引脚一的触发信号保持高电平，所述引脚五输出高电 平，所述第一高速模拟开关U2的控制端SEL与其第二触点Bl和其电源输出端VOUT接通，使得 所述电容Cl开始充电。当测量时差结束时，所述引脚一的触发信号变为低电平，所述引脚五 输出低电平，所述第一高速模拟开关Ul的控制端SEL与其第一触点BO和其电源输出端VOUT 接通，所述电容Cl结束充电。
[0031] 当测量和开始的时差极短时，例如应用于激光测距、雷达测距等技术领域时，所述 电容Cl电压升高幅值小，因此需经过所述运算放大器U4运算放大后才能让所述A/D转换器 转化为单片机可读取的电压值，然后再除以运算放大倍数，就可获得真实的电容Cl的电压。 由于所述运算放大器U4的隔离效果好，因此不会对电容Cl的电压产生影响。电容Cl电压的 幅值与时差相对应，如时差大，则所述电容Cl充电时间长，电容Cl电压高，否则电压就低。如 此便形成所述电容Cl的电压与所述时差的一一对应关系。所述单片机可通过电容Cl充放电 公式(1)导出的电容Cl充电时间公式(2)可获得时差。
[0032] Vt = VO+ (U-VO) X [ I -exp (-t/RC) ] (I)
[0033]所需时间计算公式为：
[0034] t = RCXln[(Ul-VO)/(U-Vt)] (2)
[0035] 其中，VO为电容Cl上的初始电压值，U为给电容Cl充电的外部电源电压，Vt为t时刻 电容上的电压值。
[0036] 使用充放电公式(2)只能粗略获得时差，由于电容Cl充电是个复杂的过程，受温度 和电容精度的影响极大。因此，如果要获得精确的时差，可通过精确标定的方法获得更为准 确的时间。如在激光测距技术领域中，可通过距离标定的方法获得，形成距离与所述电容Cl 电压准确的对应关系。并可在不同温度下分别进行标定，这样就可对温度变化进行补偿。经 标定后的时差与电容Cl电压的标定结果储存于所述单片机内，通过查表的方式获得准确 的时间差。
[0037]所述单片机获得时间差后，控制所述第二高速模拟开关U3的控制端SEL接通其第 一触点BO与其电源输出端V0UT，令电容Cl放电，之后便结束一个测量周期。
[0038]以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的 较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作 的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1. 一种用于时差测量的电路结构，其特征在于:包括D型触发器、第一高速模拟开关、第 二高速模拟开关、电容、A/D转换器以及单片机； 所述D型触发器的引脚五为控制输出端，所述引脚五与所述第一高速模拟开关的控制 端相连接;所述D型触发器的引脚四与电源地相连接，所述引脚四还与所述第二高速模拟开 关的电源输出端相连接； 所述第一高速模拟开关和所述第二高速模拟开关均包含可与所述控制端、所述电源输 出端相连接的第一触点和第二触点;所述第一高速模拟开关的第二触点和所述第二高速模 拟开关的第一触点相交形成一交点，所述交点分别与所述电容的一个极板和所述A/D转换 器的一端电连接，所述电容的另一个极板与所述电源地相连接;所述A/D转换器的另一端与 所述单片机的一端相连接，所述单片机的另一端与所述第二高速模拟开关的控制端相连 接； 其中，所述D型触发器的引脚一用于接收触发信号，所述D型触发器的引脚六用于接收 清零信号，所述D型触发器的引脚二、引脚七和引脚八用于外接电源。2. 根据权利要求1所述的用于时差测量的电路结构，其特征在于:还包括运算放大器， 所述运算放大器包括正输入端、负输入端和输出端。3. 根据权利要求2所述的用于时差测量的电路结构，其特征在于:所述输出端与A/D转 换器的一端电连接，所述A/D转换器的另一端则与所述单片机的一端电连接，所述单片机的 另一端与所述第二高速模拟开关的控制端相连接。4. 根据权利要求3所述的用于时差测量的电路结构，其特征在于:所述负输入端与所述 电源地连接，所述正输入端与所述第一高速模拟开关的第二触点和所述第二高速模拟开关 的第一触点相连接，所述输出端与所述负输入端相连接。5. 根据权利要求4所述的用于时差测量的电路结构，其特征在于:所述第一高速模拟开 关的电源输出端和所述电源之间、所述D型触发器的引脚五和所述第一高速模拟开关的控 制端之间、所述运算放大器的负输入端和所述D型触发器的引脚四之间、所述第一高速模拟 开关的第二触点与所述第二高速模拟开关的第一触点所述交点和所述运算放大器的正输 入端之间、所述运算放大器的负输入端和输出端之间均串联有负载电阻，其阻值分别为R1、 R2、R3、R^PR5。6. 根据权利要求1-5任意一项所述的用于时差测量的电路结构，其特征在于:所述D型 触发器的型号为NC7SZ74的一种高速D型触发器。
【文档编号】G05B19/042GK205581570SQ201521034793
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年12月14日
【发明人】张剑, 姚旺, 单玉堂, 俞大海, 王冠
【申请人】天津光电高斯通信工程技术股份有限公司