PCB 뉴스 - PWM 신호를 아날로그 신호로 변환하려면 어떻게 해야 합니까?

위치 변화를 측정하는 위치 센서가 있습니다.나는 센서의 출력 신호를 측정하기 위해 유니버설 미터의 전압 범위를 사용한다.그 결과 위치가 신호 출력과 선형 관계인 아날로그 신호가 표시됩니다.그러나 오실로스코프 (PicoScope 4227) 를 사용하여 센서의 출력 신호를 측정할 때 PWM 신호 (맥폭 변조) 를 표시합니다. 즉, PWM 신호를 출력하는 점유율은 위치에 따라 다릅니다.

PWM 신호의 매개 변수는 200Hz이며 저전력 레벨은 0V, 고전력 레벨은 18V입니다.

이제 내 센서 출력 신호가 PWM 신호인지 확인할 수 있습니다.PWM 신호는 컨트롤러 I/O를 입력해야 하지만 컨트롤러 I/O 포트에는 PWM 신호를 직접 수집하는 기능이 없습니다.

2. 솔루션:

PWM 신호를 아날로그 신호로 변환한 다음 변환된 아날로그 신호를 컨트롤러의 아날로그 I/O 포트에 입력하는 회로를 설계했습니다.

3. 회로 변환

1.2 단계 압력 제어 유원 저통 필터 회로.

깊이 필터 회로를 설계했다.필터 회로 그래프:

로우 패스 필터 주파수 공식은 F=1/(2Í*RC)입니다.r=1K, C=10uF를 선택했는데 계산된 저통 마감 주파수는 f=15.9hz이다.

필터 회로의 백엔드는 연산 증폭기이며 증폭률 공식은 a=1+RF/R1입니다.나는 전압이 확대되는 것을 원하지 않기 때문에 a=1.1을 선택한다.R1//RF=2R(R1과 RF의 병렬 값은 R의 직렬 값과 같음) 때문에 최종 값: RF=220, R1=2.2k, R=1K.

2. 적분 회로(무원 필터 회로)

로우 패스 필터 회로 앞에는 2 단계 적분 회로 (콘덴서 두 개를 접지), r=1K, C=10uF가 있습니다.다음 그림은 두 개의 회로를 직렬로 연결하여 두 단계의 통합을 형성하도록 설계된 집적 회로를 보여줍니다.

회로 효과를 확인하기 위해 사용하는 장치는 PicoScope 4227입니다.이 장치는 양과 음 1V 전압 신호만 생성할 수 있기 때문에 1V(저전압 0V, 고전압 1V), 주파수 200Hz의 PWM 신호를 적분 회로의 입력 신호로 생성한다.다양한 효과 그래프는 다음과 같습니다.

1. 오실로스코프는 발생기에서 발생하는 PWM 신호를 직접 수집하며 파형은 다음과 같다.

2.오실로그래프는 2단계 필터 회로에서 입력된 신호를 수집하며, 파형은 다음과 같다.그 결과 위 그림의 파형에 비해 파형이 바뀐 것으로 나타났다.

3. 오실로그래프가 1단계 필터 회로의 출력에서 채취한 신호 파형, 즉 필터 회로가 왼쪽에서 오른쪽으로 출력되는 파형과 저항기와 콘덴서의 교차점:

4. 필터가 2단계 필터 회로의 출력에서 수집한 신호 파형은 최종 출력 신호 파형이다

5. 최종 출력 파형 매개변수:

4, 문제

1: 왜 만용계의 전압 범위는 센서의 출력 신호를 측정하는데, 결과는 아날로그 신호이고, 오실로스코프는 PWM 신호를 보입니까?나는 어떤 결과를 믿어야 합니까?

A: 이 문제는 입력 포트의 해상도를 측정하는 것과 관련이 있습니다. 만용표의 입력 포트 해상도는 낮지만 (이 경우 200Hz 미만) 오실로스코프의 입력 포트 정밀도는 수천 심지어 몇 메가헤르츠에 달하기 때문에 출력 결과가 다릅니다.우리는 오실로스코프의 결과를 믿어야 한다.나는 PWM 신호의 본질이 여전히 아날로그 양의 효과를 원하지만 표현 형식은 다르다는 것을 이해한다.

2: 방정식 계산 정보

A: 저통 필터 회로에는 저통 마감 주파수(-3dB)를 계산하는 주파수 공식인 F=1/(2Í*RC)가 있습니다.포인트 회로에는 t=RC라는 공식이 있습니다.이 t는 콘덴서의 충전과 방전에 필요한 시간을 가리킨다.t를 선택할 때 일반적인 경험 공식에 따라 t>10*t'(t'는 신호 주기를 나타냅니다.

이 예제의 적분 회로에서 RC=10ms는 신호 주기의 두 배에 불과하지만 테스트를 통해 신호 효과는 여전히 이상적입니다.더 많은 집적 회로를 연결하면 효과가 더 좋을 것이다.

3: 컨트롤러가 PWM 신호를 수집하는 다른 시나리오가 있습니까?

A: 시나리오 1: PWM 신호를 두 배로 늘리는 것은 PWM 신호의 주파수를 높이기 위한 것이지만, 차지하는 비중은 변하지 않는다.PWM 배율 이후 주파수가 컨트롤러 I/O의 해상도보다 클 경우 컨트롤러는 이를 기본적으로 아날로그로 설정할 수 있으므로 아날로그 I/O에 입력할 수 있습니다.

시나리오 2: 소프트웨어를 통해 PWM의 공백 비율을 계산합니다.컨트롤러에서 프로그램을 작성합니다.우선 이 기간 동안 PWM 신호의 높은 레벨 시간을 측정하여 점유 비율을 계산합니다.