示波器上跳出一串高低突变的方波,这就是最常见的脉冲信号。和广播里那种连续平滑的正弦波不同,脉冲信号只在离散时间点上跳变,常见形态有方波、矩形波、尖峰和锯齿波。按一下门铃、心电监护仪上的尖峰、单片机 IO 口的翻转输出,本质上都在产生脉冲。

描述脉冲靠哪几个参数

第一是幅度,比如 0 到 5V 的高低电平;第二是脉宽,指电平保持在高位的持续时间,常用微秒和毫秒计;第三是周期和频率,即相邻两个脉冲前沿之间的间隔。脉宽除以周期就是占空比,25% 占空比表示 4 毫秒的周期里高电平只占 1 毫秒。还有上升时间,指幅度从 10% 爬到 90% 用的时间,边沿越陡,里面的高频成分越多。

PWM 是脉冲用得最多的地方

单片机输出的 PWM 就是一串占空比可调的脉冲信号,占空比越大,等效平均电压越高。给灯带 30% 占空比就是调暗,拉到 90% 接近全亮;直流电机调速、开关电源稳压、舵机打角,都靠这个原理。舵机多数吃 50Hz 的脉冲,脉宽 1 到 2 毫秒对应两个极限角度,1.5 毫秒回中位。家里的电视遥控器也是脉冲:38kHz 载波上调制的脉冲串,按键时拿手机摄像头对着发射头,画面里能看到发紫的光点,那就是肉眼看不见的红外脉冲。

测量主要靠示波器

数字示波器接上探头,频率、脉宽、占空比直接读数,不用人工数格子。只有万用表的话只能看平均值,50% 占空比的方波在表上约等于幅度的一半。看信号质量主要盯两点:边沿有没有振铃,高电平顶部平不平。振铃严重一般是走线电感或接地没做好,不是信号源的问题。

毛刺和抖动是常见的坑

按键按下的瞬间触点会弹跳,产生一串多余的小脉冲,程序不做消抖就会识别成按了好几下,通常延时 10 到 20 毫秒再确认电平。长距离传输时,线路电容会把陡峭的边沿拖缓,速率上不去,这时要换差分传输或者加驱动器,而不是一味提高驱动电压。

给个实际判断:看到周期性突变就往脉冲上想,先量频率和占空比这两个数,调试里出问题的多数是占空比不对和边沿质量差,幅度反而不常出事。