基于FPGA的激光扫描器驱动电路的研究

论文摘要

激光扫描器是激光雷达的关键部件，其驱动电路的特性直接影响了激光雷达的工作性能，因此设计性能出色的驱动电路成为激光扫描器设计中研究的重点问题之一。本论文根据系统要求设计了基于现场可编程门阵列（FPGA, Field ProgrammableGate Array）的激光扫描器驱动电路。在设计开发驱动电路的过程中，主要完成工作如下：（1）简单介绍了FPGA的结构与工作原理，通过分析扫描器的性能要求，包括扫描角度、精度和频率等特性参数，提出了整个激光扫描器的驱动系统设计方案，并根据扫描器系统的整体需求提出以FPGA为主控芯片的设计方案。（2）详细设计了激光扫描器驱动电路的各个模块，该驱动电路包括模数/数模转换模块、电源模块、FPGA及其配置电路。在设计印制电路板的过程中，充分考虑了元件之间的电磁干扰，采用专用的电源层和地层，有效保证了电路的正常工作。（3）基于Verilog HDL（Hardware Description Language）硬件描述语言在FPGA内实现了系统的软件设计。具体采用有限状态机的方案实现了对模数转换和数模转换模块的时序控制。通过FPGA的开发软件对时序波形进行仿真，仿真结果与芯片手册的时序波形一致。（4）通过对驱动电路单板的调试，验证驱动电路可以正常工作，并将驱动电路与激光扫描器的其它模块组合，进行了系统联调实验。实验结果表明驱动电路可以用于扫描器系统，能够满足应用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 课题的目的与意义
• 1.3 激光扫描器的国内外研究概况以及驱动方案分析
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 驱动系统总体设计
• 2.1 FPGA 内部结构简介
• 2.2 FPGA 开发流程
• 2.3 驱动系统总体设计方案分析
• 2.4 本章小结
• 3 驱动电路硬件设计与实现
• 3.1 模数/数模转换模块方案
• 3.2 系统电源模块方案
• 3.3 FPGA 及其配置电路方案
• 3.4 波形产生模块方案
• 3.5 印制电路板的设计方案
• 3.6 本章小结
• 4 系统软件设计与实现
• 4.1 Verilog HDL 语言简介
• 4.2 模数转换模块的软件设计
• 4.3 数模转换模块的软件设计
• 4.4 资源消耗分析
• 4.5 本章小结
• 5 系统上板调试与实验结果分析
• 5.1 系统板的调试
• 5.2 系统板驱动扫描镜的实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 附录 2 驱动电路时序控制程序代码