基于CPLD的數字濾波及抗干擾實現

1 濾波和抗干擾概述

單片機應用系統的輸入信號常含有種種噪聲和干擾，它們來自被測信號源、傳感器、外界干擾源等。為了提高測量和控制精度，必須消除信號中的噪聲和干擾。噪聲有兩大類：一類為周期性的；另一類為不規則的。前者的典型代表為50Hz的工頻干擾，一般采用硬件濾波，使用積分時間等于20ms的整數倍的雙積分A/D轉換器，可有效地消除其對信號的影響。后者為隨機信號，它不是周期信號，可用數字濾波方法予以消弱或濾除。所謂數字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序來減少干擾信號在有用信號中的比重，故實際上它是一種軟件濾波。硬件濾波具有效率高的優點，但要增加系統的投資和設備的體積，當干擾的性質改變時我們往往不得不重新搭接電路；軟件濾波是用程序實現的，不需要增加設備，故投資少、可靠性高、穩定性好，并且可以對頻率很低的信號實行濾波，隨著干擾的性質改變只需修改軟件即可，具有靈活、方便、功能強的優點，但要占用系統資源、降低系統的工作效率。一個傳統的實際系統，往往采用軟件和硬件相結合的濾波方法，這種結合是在兩者的優缺點之間尋找一個平衡點。

硬件抗干擾主要采用隔離技術、雙絞線傳輸、阻抗匹配等措施抑制干擾。常用的隔離措施有采用A/D、D/A與單片機進行隔離以及用繼電器、光電隔離器、光電隔離固態繼電器(SSR)等隔離器件對開關量進行隔離。

軟件抗干擾主要利用干擾信號多呈毛刺狀、作用時間短等特點。因此，在采集某一狀態信號時，可多次重復采集，直到連續兩次或多次采集結果完全一致時才視為有效。若多次采集后，信號總是變化不定，可停止采集，給出報警信號。如果狀態信號是來自各類開關型狀態傳感器，對這些信號采集不能用多次平均方法，必須完全一致才行。在滿足實時性要求的前提下，如果在各次采集狀態信號之間增加一段延時，效果會更好，能對抗較寬的干擾。對于每次采集的最高次數限額和連續相同次數均可按實際情況適當調整。對于擾亂CPU的干擾，可以采取指令冗余和軟件陷阱等抗干擾技術加以抑制。

2 利用

oo0為經電平轉換后接近開關輸出的信號。當oo0為低電平時，說明泵1未動作，封鎖三端與門，時鐘信號clki無法通過，計數器bcn3n不計數。同理，當aa4為高電平時，亦封鎖三端與門(至于aa4如何變化及作用下文有介紹)。故當oo0為高、aa4為低時，clki接通計數器CLK端。當oo0和clr端任意一個為低時，計數器清零。計數器bcn3n由MAX+PLUSII的文本編輯器編輯，其文本如下：

其輸出aa4．．0等于計數器當前的計數值。Aa4就是aa4．．0的最高位當計數值達到10H(十六進制)時，即aa4為高電平時，三端與門封鎖，計數器保持10H不變，除非有清零信號。其波形如圖2所示。

由波形可知，oo0為高，計數器開始計數。對于小的脈沖，計數器的最高位即aa4為低，認為是干擾信號；只有當aa4為1時才認為oo0的脈沖信號有效，并通過aa4將時鐘脈沖阻斷，使計數器值不再增加。這樣做是為了防止由于oo0的脈沖不定寬，使aa4的電平不定，后面無法進行處理。還應注意的是，把oo0引入了清零信號。當信號有較多毛刺時，若oo0為低時不清零則使計數器不斷累加，積累到一定程度，使aa4為1，系統將認為有一有效脈沖信號，產生誤動作。

2.2 中斷申請信號產生

中斷申請信號由圖3電路生成。

圖中四個計數器的最高位接四端或門，只要有一路信號為高，或門輸出就為高，并經過非門，輸出低電平，接于D觸發器的時鐘端。D觸發器的D端始終為高電平。D觸發器為上升沿觸發器，若輸入D為1，在時鐘脈沖的上升沿，把1送入觸發器，使Q＝1。只有在CLRN端的clr信號有效時，D觸發器清零，Q＝0。其波形如圖4所示。

只要有一路信號為高，D觸發器時鐘端為低。當所有4路都為低時，時鐘端由低變高，在上升沿，Q變為1，發出中斷請求信號。

如果多路脈沖信號有重疊，例如有兩路信號發生重疊，而中斷信號只有在四路都為低時才會產生，因此需要對信號進行鎖存。本設計采用D觸發器來實現鎖存，電路如圖5所示。

當aa4為由低變高時，a4變為高電平。由clr信號清零。