时间间隔测量技术在基础科学研究和实际工程应用中都起到重要作用,因此对于高精度时间间隔测量技术的研究意义重大。本文来源于实验室项目,意在设计用于测距领域的时间测控系统,该系统具有测量精度高、测量范围大、体积小、性价比高、灵活性强等优点。本文首先介绍了系统的整体架构,根据系统的功能和需求将整个系统划分为四个子模块,然后分别对四个子模块的软硬件设计过程进行了介绍。时序发生模块用于实时控制延时脉冲的发生时间和脉冲宽度,该脉冲用于控制激光接收器的开启,利用FPGA内部时钟,实现纳秒级精确延时。TDC时间间隔测量模块用于测量激光脉冲从发射到返回的时间间隔,选用德国ACAM公司的TDC-GPX芯片,根据所需的测量精度和范围,采用G-模式进行测量,设计芯片外围硬件电路和相关软件程序,该模块测时分辨率为40ps,测时范围为50us,在10us范围内,测试数据抖动小于100ps,在10us到50us范围,数据抖动小于400ps。GPS授时模块用于添加时间标签,利用北斗BD-126模块进行定位授时,利用FPGA内部时钟和整秒脉冲信号实现计时器以达到精度要求,在授时时间间隔小于50ms范围内该模块授时误差小于8us。电机和码盘控制模块采用STM32定时器的编码器模式采样光栅编码器输出脉冲,并捕获触发脉冲信号,采样分辨率为0.0146度,采用位置控制模式精确控制电机交替正反转30度。最后本文对系统的各个子模块进行了实验测试和性能分析。测试结果表明整个系统能够正常工作,各性能指标均达到预期要求。