Notizie PCB - Come convertire il segnale PWM in segnale analogico?

C'è un sensore di posizione per misurare il cambiamento di posizione. Uso l'intervallo di tensione del multimetro per misurare il segnale di uscita del sensore. Il risultato mostra il segnale analogico, cioè la posizione ha una relazione lineare con l'uscita del segnale. Tuttavia, quando uso un oscilloscopio (PicoScope 4227) per misurare il segnale in uscita del sensore, mostra il segnale PWM (modulazione della larghezza dell'impulso), cioè, il ciclo di lavoro del segnale PWM in uscita è diverso con diverse posizioni.

I parametri del segnale PWM sono: 200 Hz, basso livello è 0V, alto livello è 18V.

Ora si può determinare che il mio segnale di uscita del sensore è il segnale PWM. Il segnale PWM deve essere inserito nel controller I / O, ma la porta I / O del controller non ha la funzione di raccogliere direttamente il segnale PWM.

2, Soluzione:

Un circuito è progettato per convertire il segnale PWM in segnale analogico e quindi immettere il segnale analogico convertito alla porta I / O analogica del controller.

3, Circuito di conversione

1. circuito attivo del filtro passa-basso controllato di tensione di secondo ordine.

Progettare un circuito filtro di profondità. Il diagramma del circuito filtrante è:

La formula di frequenza del filtro passa-basso è: F = 1 / (2 π * RC). Scelgo r = 1K, C = 10uF, e la frequenza di taglio del passaggio basso calcolata è f = 15.9hz.

Il retro del circuito filtrante è un amplificatore operativo, e la formula di ingrandimento è: a = 1 + RF / R1. Non voglio che la tensione sia amplificata, quindi scelgo a = 1.1. Poiché R1 / / RF = 2R (il valore parallelo di R1 e RF è uguale al valore di serie di R), il valore finale: RF = 220 Ω, R1 = 2.2K, r = 1K.

2. Circuito di integrazione (circuito filtro passivo)

Davanti al circuito filtrante passa-basso è un circuito integrato a due stadi (messa a terra entrambi i condensatori), r = 1K, C = 10uF. La figura seguente mostra il circuito di integrazione, progettato collegando due circuiti in serie per formare un'integrazione a due livelli:

Per il test per verificare l'effetto del circuito, l'apparecchiatura che uso è PicoScope 4227. Poiché l'apparecchiatura può generare solo segnali di tensione positivi e negativi 1V, genera un segnale PWM con ampiezza di 1V (basso livello 0V, alto livello 1V) e frequenza di 200Hz come segnale di ingresso del circuito integrato. I vari rendering sono i seguenti:

1. L'oscilloscopio raccoglie direttamente il segnale PWM generato dal generatore e la forma d'onda è la seguente:

2. L'oscilloscopio raccoglie il segnale dall'ingresso del circuito filtrante di secondo ordine e la forma d'onda è la seguente. Si è scoperto che la forma d'onda è cambiata rispetto alla forma d'onda nella figura sopra.

3. la forma d'onda del segnale raccolta dall'oscilloscopio dall'uscita del circuito filtrante di primo ordine, cioè la forma d'onda di uscita del circuito filtrante da sinistra a destra e l'intersezione di resistenze e condensatori:

4. la forma d'onda del segnale raccolta dal filtro dall'uscita del circuito filtrante di secondo ordine è la forma d'onda finale del segnale di uscita

5. Parametri della forma d'onda finale di uscita:

4, Domanda

1: Perché il segnale di uscita del sensore viene misurato dalla gamma di tensione del multimetro, il risultato è un segnale analogico e ciò che l'oscilloscopio vede è un segnale PWM? Quale risultato dovrei credere?

R: questo problema riguarda la risoluzione della porta di ingresso di misura. La risoluzione della porta di ingresso del multimetro è bassa (inferiore a 200Hz in questo esempio), mentre la risoluzione della porta di ingresso dell'oscilloscopio è alta, fino a diverse migliaia o anche diversi megahertz, quindi i risultati di uscita sono diversi. Dovremmo fidarci dei risultati visualizzati dall'oscilloscopio. Capisco che l'essenza del segnale PWM spera ancora di ottenere l'effetto della quantità analogica, ma le manifestazioni sono diverse.

2: Sulla formula di calcolo

A: nel circuito filtrante passa-basso c'è una formula di frequenza F = 1 / (2 π * RC), che calcola la frequenza di taglio passa-basso (-3dB). Nel circuito integrato, c'è una formula t = RC. Questo t si riferisce al tempo necessario per la ricarica e lo scarico del condensatore. Quando si seleziona t, secondo la formula empirica generale, t > 10 * t '(t' rappresenta il periodo del segnale).

Nel circuito di integrazione di questo esempio, RC = 10ms, solo il doppio del periodo del segnale, ma attraverso il test, l'effetto del segnale è ancora ideale. Se più circuiti integrati sono collegati in serie, l'effetto sarà migliore.

3: C'è qualche altro schema per il segnale PWM da raccogliere dal controller?

A: schema 1: raddoppiare il segnale PWM è per aumentare la frequenza del segnale PWM, ma il ciclo di lavoro non cambia. Se la frequenza dopo il raddoppio della frequenza PWM è maggiore della risoluzione del controller I/O, può essere impostata come analogica dal controller, quindi può essere inserita all'I/O analogico.

Schema 2: calcolare il ciclo di lavoro di PWM tramite software. Scrivi un programma nel controller. In primo luogo, misurare il tempo di alto livello nel segnale PWM durante questo periodo, in modo da calcolare il ciclo di lavoro.