第八次：脈沖型傳感器及應(yīng)用課件

1、脈沖型傳感器及應(yīng)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(guān)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(diào)制中的脈沖編碼調(diào)制（PCM），脈沖寬度調(diào)制（PWM）等等，還可以作為各種數(shù)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(shí)現(xiàn)。脈沖編碼調(diào)制

2、（PCM） PCM脈沖編碼調(diào)制是Pulse Code Modulation的縮寫。（又叫脈沖編碼調(diào)制）：數(shù)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(jìn)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(jìn)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(shù)字化后成為64kbps。 模擬信號數(shù)字化必須經(jīng)過三個過程，即抽樣、量化和編碼，以實(shí)現(xiàn)話音數(shù)字化的脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)。 在實(shí)際中使用的是兩種對數(shù)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(diào)制（PWM） 脈寬調(diào)制PWM是開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的術(shù)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(diào)制式(PWM)開關(guān)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(diào)整其占空比，從而達(dá)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(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM的產(chǎn)生和應(yīng)用 PWM的產(chǎn)生：用定時

4、器+GPIO產(chǎn)生；或某些單片機(jī)有專門的PWM輸出引腳；用FPGA產(chǎn)生； PWM的應(yīng)用：1.用占空比調(diào)整空調(diào)的功率，控制溫度過調(diào)量；如熱水器、調(diào)頻空調(diào)、電磁爐等。2.用脈沖編碼控制步進(jìn)電機(jī)、發(fā)光管的工作或通過數(shù)脈沖、測脈寬等方式來獲取其它信息；3.用PWM信號進(jìn)行通信；4.數(shù)字電機(jī)控制。UVW信號和編碼器 根據(jù)編碼器產(chǎn)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(chǔ)上增加了一組用于檢測伺服電機(jī)磁極位置的碼道。UVW三相脈沖信號彼此相差120度，每轉(zhuǎn)的脈沖個數(shù)與電機(jī)的極對數(shù)一致。電機(jī)啟動前，通過該信號可以估算出電機(jī)磁極的位置，一

5、旦電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，通過輸出的增量式部分信號可以精確的檢出轉(zhuǎn)子的位置值。 第三十個實(shí)驗(yàn)：旋轉(zhuǎn)編碼器。通過計(jì)算旋轉(zhuǎn)后輸出的脈沖個數(shù)來進(jìn)行計(jì)數(shù)。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM信號 產(chǎn)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(chǎn)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(fù)輸出計(jì)為該P(yáng)WM信號；用單片機(jī)測脈沖寬度 用到單片機(jī)的定時器外部中斷功能； 任何一款單片機(jī)的定時器都可以工作在計(jì)數(shù)或定時模式；定時器的外部中斷請求引腳（如51單片機(jī)為負(fù)跳變，即檢測下

6、降沿），用于啟動定時器計(jì)時或啟動計(jì)數(shù)。見徐維祥 劉旭敏主編單片微型機(jī)原理及應(yīng)用大連理工大學(xué)出版社P118 例6-3 當(dāng)P3.4發(fā)生負(fù)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(jì)數(shù)，要求每計(jì)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(jī)器周期數(shù)來表示； 注意脈沖的上升沿還是下降沿檢測；關(guān)于定時器的初值自動重載 定時器的初值和溢出標(biāo)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(shè)置定時器的方式字和控制字來設(shè)定，用于需要產(chǎn)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(shí)驗(yàn)旋轉(zhuǎn)編碼器中就用到了初值自動重載的功能。實(shí)驗(yàn)簡介-二十八、三色RGB與三色LED模塊實(shí)驗(yàn) 這兩個模塊都是通過R、G、B三個引腳的PWM信號輸入來調(diào)節(jié)三種基色（紅/藍(lán)/綠）的強(qiáng)度從而實(shí)現(xiàn)全彩的混色效果，從而可以產(chǎn)生任意一種顏色。 LED驅(qū)動模式：共陰驅(qū)動實(shí)驗(yàn)簡介-二十九、紅外發(fā)射與接收模塊實(shí)驗(yàn) 紅外發(fā)射管+ 紅外接收頭 紅外接收頭是集接收，放大，解調(diào)一體的器件，內(nèi)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(shí)驗(yàn)簡介-三十.旋轉(zhuǎn)編碼器模塊實(shí)驗(yàn) 旋轉(zhuǎn)編碼器通過旋轉(zhuǎn)可以計(jì)數(shù)正方向和反方向轉(zhuǎn)動過程中輸出脈沖的次數(shù)，這種轉(zhuǎn)動計(jì)數(shù)是沒有限制的。 配合旋轉(zhuǎn)編碼器上的按鍵，可以復(fù)位到初始狀態(tài)，即從0開始計(jì)數(shù)。實(shí)驗(yàn)簡介-三十一、脈搏傳感器模塊實(shí)驗(yàn) SON1303心率傳感器； 2種波形輸出：方波 + 心率波； 本實(shí)驗(yàn)介紹通用定時器TIM5的輸入捕獲功能，將TIM5的通道1設(shè)