设计个电路，将PWM信号转化为模拟量信号

有一个测量位置变化的位置传感器，用万用表电压档测量传感器的输出信号，结果显示的是模拟量信号，即位置和信号输出大小呈线性关系。但是，用示波器（Picoscope 4227）测量传感器的输出信号，显示的却是PWM信号（脉宽调制），即位置不同，输出PWM信号的占空比不同。
PWM信号的参数是：200 Hz, 低电平为0V,高电平为18V 。
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。
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：

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为验证电路效果进行的测试,我使用的设备是PicoScope4227，由于该设备最大只能生成正负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：
示波器直接采集发生器生成的PWM信号，波形如下：

文章插图
示波器从二阶滤波电路输入端采集信号，波形如下。发现该号波形与上图的波形相比已经发生了变化。

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示波器从一阶滤波电路输出端中采集到的信号波形，即滤波电路从左往右数，第一个电阻与第一个电容交点的输出波形：

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滤波器从二阶滤波电路输出端采集到的信号波形，即最终输出信号波形。

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问题
1：为什么万用表电压档测量传感器输出信号，结果是模拟量信号，而示波器看到的是PWM信号？我该相信哪个结果？
答：这个问题牵涉到测量输入口的分辨率问题。万用表输入口的分辨率低（通过此例看低于200HZ），而示波器输入口的分辨率高，可达几千，甚至几兆赫兹频率，所以输出的结果不同。我们要相信示波器显示的结果。我理解PWM信号本质还是希望达到模拟量的效果，只是表现形式不同。
2：关于计算公式
答：在低通滤波电路中，有个频率公式f=1/(2π*RC)，它计算的是低通截止频率（-3dB）。而在积分电路中，有个公式T=RC 。这个 T 是指电容充放电需要的时间。选取 T 时，根据一般经验公式，T>10 * T'(T'表示信号周期) 。
在本例的积分电路中，RC=10ms，只有两倍的信号周期，但是通过测试，信号效果还是比较理想的。如果将更多的积分电路串联，效果会更好。
3：PWM 信号被控制器采集还有其他方案吗？
答：方案一：将PWM信号倍频，就是提高PWM信号的频率，但是占空比不变化。PWM倍频后的频率大于控制器I/O的分辨率，就可以被控制器默认为做模拟量，从而可以输入到模拟量I/O 。
方案二：通过软件办法计算PWM的占空比。在控制器中编写程序，首先定时，测量这段时间内PWM信号中高电平的时间，从而计算出占空比。
【设计个电路，将PWM信号转化为模拟量信号】 责任编辑：lq
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