基于多层嵌套状态机的脉冲激光测距控制系统设计

"脉冲激光测距中基于多层嵌套状态机的控制系统" 本文主要探讨的是在脉冲激光测距技术中，如何利用多层嵌套状态机来设计一个高效且精确的控制系统。该系统旨在实现高重频的激光飞行时间（TOF，Time-of-Flight）测量，以提高测距的精度和稳定性。激光测距是通过发射激光脉冲，测量其从发射到反射回来的时间来计算目标距离的技术。 系统的核心是基于现场可编程门阵列（FPGA）的硬件设计，结合TDC-GP21时间数字转换器（TDC）。TDC-GP21是一款高精度的时间间隔测量设备，能够精确地记录两个事件之间的时间差，这对于飞行时间测距至关重要。FPGA用于生成控制信号，配置TDC-GP21，并处理从TDC获取的测量结果。 文中提到，多层嵌套状态机（FSM，Finite State Machine）被用作控制系统的设计模型。这种设计方法能够确保系统在不同工作阶段的逻辑清晰且有序，有利于实现复杂任务的并行处理和同步管理。状态机通过Verilog HDL（硬件描述语言）进行编程，这是一种广泛使用的数字逻辑设计语言，可以描述电路的行为和结构。 SPI（Serial Peripheral Interface）通信接口在此系统中起到关键作用，它连接了FPGA和TDC-GP21，使得二者能够有效地交互。SPI是一种串行通信协议，用于微控制器和其他外围设备之间的数据传输，具有高速、低功耗的特点，非常适合于这种需要实时数据交换的应用。 通过TimeQuest时序分析工具，对整个系统进行了深入的时序约束分析，以确保所有操作在预定的时间限制内完成，从而保证系统的稳定性和性能。实验结果显示，该系统实现了40kHz的重复测量频率，测量精度达到了±100ps，这在高频条件下表现出了良好的工作稳定性。 该研究为脉冲激光测距提供了创新的解决方案，采用多层嵌套状态机控制和高效的SPI通信，实现了高精度、高频率的测距系统，为激光测距技术的进步做出了贡献。同时，这种方法对于其他需要精确时间测量的领域也具有一定的借鉴意义。