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PWM脉宽调制信号如何转换成0-10V电压或者4-20mA电流信号?

PWM信号,也就是脉冲宽度调制信号,PWM信号的频率是固定不变的,通过改变高电平的时间和低电平的时间来达到占空比的变化,0%~100%的占空比来代表信号。常用的地方有LED灯光调节,比如城市的灯光秀项目,明暗调节,颜色调节等等都是通过PWM来实现的,也可以用在变频器控制,速度控制等其他地方,应用广泛。0-10V信号和4-20mA等模拟信号在工业上应用很多,采集模拟信号的设备相当多,而采集PWM信号的设备很少,所以在需要采集PWM信号的场合建议使用PWM转模拟量转换器。精度高,转换速度快。


二、解决方案:
    设计个电路,将PWM信号转化为模拟量信号,然后将转换后的模拟量信号输入到控制器模拟量I/O口。

三、转换电路
    1. 二阶压控有源低通滤波电路。
    设计一个深度滤波电路。滤波电路图为:
      PWM信号转换为模拟量信号
    低通滤波频率公式为:f=1/(2π*RC),我后选择R=1K,C=10uf,算出的低通截止频率f=15.9HZ。
    滤波电路后端是一个运算放大器,放大倍数公式:A=1+Rf/R1。我不希望电压被放大,所以我选择A=1.1。又因为R1//Rf=2R(R1,Rf两者并联的值等于R串联值),终:Rf=220欧,R1=2.2k,R=1k。

    2. 积分电路(无源滤波电路)
    低通滤波电路前面是一个二级积分电路(将两个电容都接地),R=1K,C=10uf。下图是一级积分电路,设计的积分电路是将两个下图电路串联构成二级积分积分:
    PWM信号转换为模拟量信号
    为验证电路效果进行的测试,我使用的设备是PicoScope4227,由于该设备大只能生成正负1V的电压信号,就生成了幅值为1V(低电平0V,高电平1V),频率为200HZ的PWM信号作为积分电路的输入信号。各种效果图如下:
    1、示波器直接采集发生器生成的PWM信号,波形如下:
    PWM信号转换为模拟量信号