图 2。2 系统框架图

 

在本设计中，采用 STM32 微控制器作为整个激光雷达的控制芯片。STM32 是 ST 公司的

 

第 6 页 本科毕业设计说明书

 

 

以 ARM 为内核的一款 32 位微控制器，带有 512k 字节闪存。拥有包括 USB，CAN 控制器，11 个定时器，3 个 ADC，13 个通信接口等丰富的片上资源。其最高工作频率为 72Mhz，并且功耗 低，调试方便，广泛地应用在各种工业领域中，具有相当的稳定性[16]。另外，STM32 采用 LQFP 封装，使得体积更小，更容易集成到电路板上，减小整个装置体积。下图为系统中 MCU 的外围电路设计。

 

 

图 2。3 stm32 外围电路图

 

信号处理电路分为三个小部分，测时电路，通信模块，信号调理电路，由 STM32 芯片进 行总体控制。测时电路中，采用了 TDC-GP21 芯片作为传感器，其测量精度可达双通道 90ps， 单通道 45ps，可满足精度要求。通信模块中，主要采用串口将测量数据发送到电脑端的上位 机进行处理。信号调理电路中，采用 FPGA 来削窄脉冲，从而控制高压模块来发射出所需的激 光窄脉冲[17]。以上模块将在后续章节详述。

对于第一部分，在试验中将采用实验室已有的光学前端。光学前端的发射源为红外波段 激光器，接收光学系统由若干透镜组和滤光片组成。探测时，由激光器发射窄脉冲激光，在 目标上反射后由光学系统接收，然后通过 APD 探测器转换为光电流，经过信号处理电路放大 整形后作为回波电信号传送到后端进行处理。

 

3 转镜驱动模块

 

本方案中的电机采用了尼得科的内转子型无刷直流马达，马达工作电压为 12V 直流，由 信号处理电路板直接提供。拥有刹车，正反转，PWM 调速控制接口，由 STM32 相应引脚来控

 

本科毕业设计说明书 第 7 页

 

 

制。除此之外，还提供了测量转速的端口，将该信号接入 STM32，对脉冲信号进行计数，统 计出无刷电机的转速[19]。文献综述

脉宽调制（PWM），即利用数字调制信号对模拟电路进行控制，在测量，通信，功率控 制与变换等领域有很广泛的应用。STM32 芯片支持硬件 PWM 输出功能，包含 TIM1-TIM8 一 共八个定时器，其中 TIM1 和 TIM8 是高级定时器，每个定时器可以输出多达 7 路 PWM 波。其 余六个除了 6,7 定时器，均可产生 4 路 PWM 波，在这里我们仅使用 TIM2 的通道 3 进行 PWM 波输出。

由于电机所需 PWM 的周期在 20khz 左右，所以我们要产生周期为 20khz，占空比可调的 PWM 脉冲[20]。

TIM2 的频率计算公式如下:

 

 

fTIM 2  TIM 2clk  / (TIM 2 _ Period 1) 20。0KHz

 

 

 

 

信号的占空比为：

 

 

DRTIM 2 _ CH 3  TIM 2 _ CCR3 / (TIM 2 _ Period 1)

 

 

 

 

式中，TIM 2clk 为定时器 2 的时钟，TIM 2 _ Period 1 为定时器 2 的周期。TIM 2 _ CCR3 为 占空比寄存器值。

FPGA激光雷达信号处理及转镜控制的设计(4):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_86201.html