有一個測量位置變化的位置傳感器,，用萬用表電壓檔測量傳感器的輸出信號,，結(jié)果顯示的是模擬量信號,，即位置和信號輸出大小呈線性關(guān)系,。但是,，用示波器（Picoscope 4227）測量傳感器的輸出信號,，顯示的卻是PWM信號（脈寬調(diào)制）,，即位置不同，輸出PWM信號的占空比不同,。

PWM信號的參數(shù)是：200 Hz, 低電平為0V,高電平為18V,。

現(xiàn)在可以確定，我的傳感器輸出信號是PWM信號,。PWM信號需要輸入到控制器I/O中，但是控制器I/O口不具備直接采集PWM信號的功能,。

解決方案

設計個電路,，將PWM信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號，然后將轉(zhuǎn)換后的模擬量信號輸入到控制器模擬量I/O口,。

轉(zhuǎn)換電路

1. 二階壓控有源低通濾波電路,。

設計一個深度濾波電路。濾波電路圖為：

低通濾波頻率公式為：f=1/(2π*RC),我后選擇R=1K,，C=10uf,，算出的低通截止頻率f=15.9HZ,。

濾波電路后端是一個運算放大器，放大倍數(shù)公式：A=1+Rf/R1,。我不希望電壓被放大,，所以我選擇A=1.1。又因為R1//Rf=2R（R1,，Rf兩者并聯(lián)的值等于R串聯(lián)值）,，終：Rf=220歐，R1=2.2k,，R=1k,。

2. 積分電路（無源濾波電路）

低通濾波電路前面是一個二級積分電路（將兩個電容都接地），R=1K,，C=10uf,。下圖是一級積分電路，設計的積分電路是將兩個下圖電路串聯(lián)構(gòu)成二級積分積分：

為驗證電路效果進行的測試,我使用的設備是PicoScope4227,，由于該設備大只能生成正負1V的電壓信號,，就生成了幅值為1V（低電平0V，高電平1V）,頻率為200HZ的PWM信號作為積分電路的輸入信號,。各種效果圖如下：

示波器直接采集發(fā)生器生成的PWM信號,，波形如下：

示波器從二階濾波電路輸入端采集信號，波形如下,。發(fā)現(xiàn)該號波形與上圖的波形相比已經(jīng)發(fā)生了變化,。

示波器從一階濾波電路輸出端中采集到的信號波形，即濾波電路從左往右數(shù),，di一個電阻與di一個電容交點的輸出波形：

濾波器從二階濾波電路輸出端采集到的信號波形,，即終輸出信號波形

終輸出波形的參數(shù)。

問題

1：為什么萬用表電壓檔測量傳感器輸出信號,，結(jié)果是模擬量信號,，而示波器看到的是PWM信號？我該相信哪個結(jié)果,？

答：這個問題牽涉到測量輸入口的分辨率問題,。萬用表輸入口的分辨率低（通過此例看低于200HZ），而示波器輸入口的分辨率高,，可達幾千,，甚至幾兆赫茲頻率，所以輸出的結(jié)果不同,。我們要相信示波器顯示的結(jié)果,。我理解PWM信號本質(zhì)還是希望達到模擬量的效果，只是表現(xiàn)形式不同。

2：關(guān)于計算公式

答：在低通濾波電路中,，有個頻率公式f=1/(2π*RC),， 它計算的是低通截止頻率（-3dB）。而在積分電路中,，有個公式T=RC,。 這個 T 是指電容充放電需要的時間。選取 T 時,，根據(jù)一般經(jīng)驗公式,，T>10 * T'(T'表示信號周期)。

在本例的積分電路中,，RC=10ms,，只有兩倍的信號周期，但是通過測試,，信號效果還是比較理想的,。如果將更多的積分電路串聯(lián)，效果會更好,。

3：PWM 信號被控制器采集還有其他方案嗎,？

答：方案一：將PWM信號倍頻，就是提高PWM信號的頻率,，但是占空比不變化,。PWM倍頻后的頻率大于控制器I/O的分辨率，就可以被控制器默認為做模擬量,，從而可以輸入到模擬量I/O,。

方案二：通過軟件辦法計算PWM的占空比。在控制器中編寫程序,，首先定時,，測量這段時間內(nèi)PWM信號中高電平的時間，從而計算出占空比,。