第八次：脈沖型傳感器及應用課件

1、脈沖型傳感器及應用脈沖型傳感器 脈沖信號：一種離散信號形狀多種多樣，與普通模擬信號（如正弦波）相比，波形之間在時間軸不連續(xù)（波形與波形之間有明顯的間隔）但具有一定周期性; 像脈搏跳動這樣的信號，相對于直流，斷續(xù)的信號，如果用水流形容，直流就是把龍頭一直開著淌水，脈沖就是不停的開關龍頭形成水脈沖。 最常見的脈沖波是矩形波（也就是方波）。脈沖信號可以用來表示信息，也可以用來作為載波，比如脈沖調制中的脈沖編碼調制（PCM），脈沖寬度調制（PWM）等等，還可以作為各種數字電路、高性能芯片的時鐘信號。 脈沖信號分為尖脈沖信號與三角波脈沖信號等，可以通過Rc的一階暫態(tài)電路的積分與微分電路實現(xiàn)。脈沖編碼調制

2、（PCM） PCM脈沖編碼調制是Pulse Code Modulation的縮寫。（又叫脈沖編碼調制）：數字通信的編碼方式之一。主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進行取樣，使其離散化，同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時將抽樣值按一組二進制碼來表示抽樣脈沖的幅值。8khz抽樣速率，8bit量化，對于話音基帶信號數字化后成為64kbps。 模擬信號數字化必須經過三個過程，即抽樣、量化和編碼，以實現(xiàn)話音數字化的脈沖編碼調制（PCM）技術。 在實際中使用的是兩種對數形式的壓縮特性:A律和U律，A律編碼主要用于30/32路一次群系統(tǒng)，U律編碼主要用于24路一次群系統(tǒng)。A律PCM用于歐

3、洲和中國，U律PCM用于北美和日本；我國采用的是A律13折線編碼；脈沖寬度調制（PWM） 脈寬調制PWM是開關型穩(wěn)壓電源中的術語。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的，除了PWM型，還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調制式(PWM)開關型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過電壓反饋調整其占空比，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 方波高電平時間跟周期的比例叫占空比，例如1秒高電平1秒低電平的PWM波占空比是50%； 脈寬調制(PWM)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM的產生和應用 PWM的產生：用定時

4、器+GPIO產生；或某些單片機有專門的PWM輸出引腳；用FPGA產生； PWM的應用：1.用占空比調整空調的功率，控制溫度過調量；如熱水器、調頻空調、電磁爐等。2.用脈沖編碼控制步進電機、發(fā)光管的工作或通過數脈沖、測脈寬等方式來獲取其它信息；3.用PWM信號進行通信；4.數字電機控制。UVW信號和編碼器 根據編碼器產生脈沖的方式不同，可分為增量式，絕對式和混合式三大類。UVW是混合式碼盤的位置信號，混合式碼盤在傳統(tǒng)的增量式碼盤的基礎上增加了一組用于檢測伺服電機磁極位置的碼道。UVW三相脈沖信號彼此相差120度，每轉的脈沖個數與電機的極對數一致。電機啟動前，通過該信號可以估算出電機磁極的位置，一

5、旦電機旋轉起來，通過輸出的增量式部分信號可以精確的檢出轉子的位置值。 第三十個實驗：旋轉編碼器。通過計算旋轉后輸出的脈沖個數來進行計數。用單片機實現(xiàn)PWM信號 產生方波信號：在某個GPIO口上按照一定的時間周期輪流輸出“1”和“0”；可以理解為方波是占空比為50%的PWM信號； 產生一定占空比的PWM信號：如占空比為30%的PWM信號。即在某個GPIO口上輸出3個時間間隔的“1”后，再輸出7個時間間隔的“0”。重復輸出計為該PWM信號；用單片機測脈沖寬度 用到單片機的定時器外部中斷功能； 任何一款單片機的定時器都可以工作在計數或定時模式；定時器的外部中斷請求引腳（如51單片機為負跳變，即檢測下

6、降沿），用于啟動定時器計時或啟動計數。見徐維祥 劉旭敏主編單片微型機原理及應用大連理工大學出版社P118 例6-3 當P3.4發(fā)生負跳變時，P1.0輸出一個500us的同步脈沖；P119 例6-4 利用定時器T1方式2對外部信號計數，要求每計滿100次，將P1.0取反輸出；P120 例6-5 利用定時器T1門控位GATE的功能。測量INT1引腳上出現(xiàn)的正脈沖寬度，并以機器周期數來表示； 注意脈沖的上升沿還是下降沿檢測；關于定時器的初值自動重載 定時器的初值和溢出標志位； 重新裝入初值對定時精度的影響； 定時器有一種自動重裝初值的工作方式，可以通過設置定時器的方式字和控制字來設定，用于需要產生精

7、確定時時間的場合，如串口通信的波特率發(fā)生器。 在第三十個實驗旋轉編碼器中就用到了初值自動重載的功能。實驗簡介-二十八、三色RGB與三色LED模塊實驗 這兩個模塊都是通過R、G、B三個引腳的PWM信號輸入來調節(jié)三種基色（紅/藍/綠）的強度從而實現(xiàn)全彩的混色效果，從而可以產生任意一種顏色。 LED驅動模式：共陰驅動實驗簡介-二十九、紅外發(fā)射與接收模塊實驗 紅外發(fā)射管+ 紅外接收頭 紅外接收頭是集接收，放大，解調一體的器件，內部有兩個重要元件，分別是IC和PD。PD是光敏二極管，主要功能是接收光信號。IC是接收頭處理元件，由硅晶和電路組成，是一個高度集成的器件、主要功能有濾波、整形、解碼、放大等功能。實驗簡介-三十.旋轉編碼器模塊實驗 旋轉編碼器通過旋轉可以計數正方向和反方向轉動過程中輸出脈沖的次數，這種轉動計數是沒有限制的。 配合旋轉編碼器上的按鍵，可以復位到初始狀態(tài)，即從0開始計數。實驗簡介-三十一、脈搏傳感器模塊實驗 SON1303心率傳感器； 2種波形輸出：方波 + 心率波； 本實驗介紹通用定時器TIM5的輸入捕獲功能，將TIM5的通道1設