脈沖( Pulse)通常是指電子技術中經常運用的一種像脈搏似的短暫起伏的電沖擊(電壓或電流)。主要特性有波形,幅度,寬度和重復頻率。脈沖是相對于連續信號在整個信號周期內短時間發生的信號小大部分信號周期內沒有信號就像人的脈搏一樣。脈沖用于同步、觸發或控制測試中的多個測試設備。 脈沖還用于時鐘生成或雷達測試。 為了描述一個脈沖并使其創建可重復,定義了一組參數。
在數字系統中,所有傳輸的信號都是通/斷的,即只有兩種電信號。這種電信號稱為脈沖信號 (Pulse Signal),是所有數字系統中的基本電信號。現在一般指數字信號它已經是個周期內有一半時間有信號。計算機內的信號就是脈沖信號,又叫數字信號。
脈沖信號是一種離散信號,形狀多種多樣,與普通模擬信號(如正弦波)相比,波形之間在Y軸不連續(波形與波形之間有明顯的間隔)但具有一定的周期性是它的特點。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。
在電子技術中,脈沖信號是按一定電壓幅度,一定時間間隔連續發出。脈沖信號之間的時間間隔稱為周期;而將在單位時間(如1秒)內所產生的脈沖個數稱為頻率。頻率是描述周期性循環信號(包括脈沖信號)在單位時間內所出現的脈沖數量多少的計量名稱;頻率的標準計量單位是Hz(赫)。電腦中的系統時鐘就是一個典型的頻率相當精確和穩定的脈沖信號發生器。頻率在數學表達式中用“f”表示,其相應的單位有:Hz(赫)、kHz(千赫)、MHz(兆赫)、GHz(吉赫)。其1GHz=1000MHz,1MHz=1000kHz,1kHz=1000Hz。計算脈沖信號周期的時間單位及相應的換算關系是:s(秒)、ms(毫秒)、μs(微秒)、ns(納秒),其中:1s=1000ms,1ms=1000μs,1μs=1000ns。
我們把脈沖信號由低電壓跳變至高電壓的脈沖信號邊沿稱做上升沿,把由高電壓跳邊至低電壓的邊沿稱下降沿,有的資料上又叫前沿,后沿。把電壓低的稱做低電平,電壓高的稱做高電平
假設脈沖信號的周期為T,脈沖寬變為t1則有下面一些基本概念。
頻率f:指一秒種內脈沖信號周期變化的次數,即f = 1 / T周期越小,頻率越大。
有了頻率這個概念,我們現在就來討論一下從PLC輸入端輸入開關信號的最高頻率問題。由上一章掃描及PLC的滯后知識可知,PLC的掃描周期主要由用戶程序的長短所決定,假定其掃描周期為20ms,并考慮到輸入濾波器的響應延遲為10ms,則PLC執行掃描周期為30ms。如果輸入信號的變化小于30ms的話由掃描原理可知,PLC完全可能檢測不到,也就是說輸入信號的脈寬一定要大于30ms,這樣,輸入信號的頻率就受到了限制。
我們假定輸入信號是占空比為50%的脈沖信號,則其周期為T=2t1=60ms那么輸入信號的頻率不能大于1/60ms=16.6HZ。這對于按鈕,普通開關等一般工業控制場合是完全可以的,但對于要求I/O響應速度高的實時控制場合就不能適應了。
對于要求高速響應的場合,不同廠家的PLC都在軟件和硬件上采取了很多措施,提高I/O的響應速度。FX2N設計了高速計數模塊,提供了X0~X7共8個高速輸入端,其RC濾波器的時間僅為0.5us在軟件方面采用I/O即時信息刷新方式,中斷傳送方式和能用指令修改的數字式濾波器等。因此可以處理的輸入信號頻率有了很大提高,可以達到20KHZ。
占空比:指脈沖寬度t1與周期T的比例百分比。為t1/T %。占空比的含義是脈沖所占據周期的空間,占空比越大,表示脈沖寬度越接近周期T,也表示脈沖信號的平均值越大。
正邏輯與負邏輯:脈沖信號只有兩種狀態:高電平和低電平,與數字電路的二種邏輯狀態“1”和“0”相對應,但到底是高電平表示“1”還是低電平表示為“1”都可因人而設。如果設定高電平為“1”低電平為“0”則叫正邏輯,如果反過來,設定低電平為“1”高電平為“0”的時候,則為負邏輯。一般情況下,沒有加以特殊說明,我們均采用正邏輯關系。
在實際電路中,高電平是幾伏,低電平是幾伏。沒有嚴格的規定,例如在TTL電路中,高電平為3V左右,低電平為0.5V左右,而在CMOS電路中,高電平為3~18V或者7~15V,低電平為0V。
脈沖信號是指具有大幅度突變的短暫信號,通常包含高頻成分和復雜波形。這種信號在許多領域都有應用,在無線電通信、控制工程和醫學等方面具有重要意義。
1.脈沖信號是什么意思
脈沖信號是一種非周期性的信號,其波形特征主要表現為瞬間突變的形式。脈沖信號可以被視為一個狹窄的脈沖,它的時間長度非常短,但其振幅可以非常強大。由于脈沖信號具有高頻成分和復雜波形,可以用來傳輸信息、控制系統以及進行科學研究。
2.脈沖信號產生原理
脈沖信號的產生方式多種多樣。最簡單的方式是利用開關元件對電壓進行突然轉換,從而得到一個突變的電壓信號。另外,脈沖信號也可以通過放電、震蕩器、數字脈沖發生器等手段進行產生。其中,數字脈沖發生器可以產生非常精確的、可控制的脈沖信號,是很多科學實驗、計算機系統和數據傳輸中必不可少的設備。
3.脈沖信號的作用
脈沖信號在各個領域都有廣泛的應用。在通信系統中,脈沖信號被用于數字通信、雷達系統等;在醫學領域,脈沖信號則可用于醫療診斷、治療和研究;在化學和生物學中,脈沖信號常用于檢測分子動力學、分析反應過程等;在自動控制中,脈沖信號經常被用于控制電機、氣動和液壓系統等。總之,由于脈沖信號具有幅度大、帶寬寬、時間短等特點,在現代科技中具有十分重要的地位。
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