兩種基于FPGA的軟件濾波方法

　　1. 3延時濾波程序仿真

　　分別將開關信號din設置成理想信號和抖動信號，利用QuartusⅡ8. 0軟件進行仿真，圖3和圖4分別為理想信號和抖動信號的延時濾波仿真波形圖。

　　圖3理想開關信號延時濾波仿真波形

　　圖4抖動開關信號延時濾波仿真波形

　　圖中clk為采樣時鐘，glrn為復位信號，din為開關輸入信號，dout為延時濾波輸出信號。從圖3可以看出，從開關信號發生變化到輸出發生變化的時間延時為2 ms，從圖4中可以看出，此延時濾波程序有效消除了扭子開關的抖動干擾，驗證了其理論可行性。

　　1. 4延時濾波程序實際驗證

　　為了驗證此延時濾波程序的實際濾波效果，將其下載到Xilinx公司的Spartan3系列FPGA芯片XC3S400中，用示波器多次測量經過濾波后的開關信號，得到圖5所示的輸出信號波形。圖5中，橫坐標表示時間，每格代表10μs，縱坐標表示電壓，每格表示1 V.從圖5可以看出，經過濾波后的開關信號不再有抖動現象，此延時濾波程序的實際可靠性得到驗證。

　　圖5延時濾波后的輸出信號波形

　　1. 5延時濾波程序資源占用率

　　在電子電路的設計中，FPGA的資源占用率是我們應該考慮的一個重要問題。如果FPGA的資源占用率太大，會加重FPGA的負擔，影響整個電路的運行速度。表1為延時濾波程序在XC3S400芯片中的資源占用情況。

　　表1延時濾波程序的資源占用情況

　　1. 6延時濾波的特點

　　延時濾波比較適合對脈沖寬度已知的干擾信號進行濾波，這樣可以更準確地確定延時時間，既不會因為延時時間太短而導致濾波不理想，又不會因為延時時間過長而導致資源浪費。而且，延時程序不僅可以有效地消除開關類信號的抖動，還可以濾去干擾、噪音等其他尖峰波，抗干擾強，可靠性高。

　　如果電路中存在多路輸入信號時，當檢測到任意一路輸入信號狀態發生變化時即執行延時程序，在執行延時程序的過程中將檢測不到其他輸入狀態的變化，所以能夠識別的動作間隔不可能小于延時時間T，特別是當多路輸入信號的狀態集中在短時間內變化時，電路的性能會嚴重下降。并且，由于頻繁執行延時程序，會影響系統的效率和實時性。

　　2判決濾波

　　判決濾波是一種基于概率統計的濾波方法。在采樣時鐘CLK的控制下，每隔時間t對開關信號進行一次采樣，并對時間T0內采集到的n個采樣值進行判斷( n = T0 /t)，如果這n個采樣值中高電平‘1’的個數百分比大于X，則輸出高電平;相反，如果低電平‘0’的個數百分比大于X，則輸出低電平。

　　采用一個n位寄存器來實現判決濾波，寄存器各個位的值依次為采樣得到的n個采樣值。寄存器的模型如圖6所示。

　　圖6寄存器模型

　　在圖6中，n個格子分別代表寄存器的n個位，寄存器左側的數據為已經處理過的數據，寄存器內的n個數據為正在處理的數據，寄存器右側的數據為即將處理的數據。每過一個采樣時間間隔t，數據依次向高位滑動一位，最低位賦值為輸入信號當前的狀態值。

　　如上述過程，寄存器內的數據在不斷地更新，數據每滑動一次，即對n個采樣值進行一次判斷，從而達到濾波的目的。由于干擾脈沖的隨機性，采到高電平和低電平的概率是相等的，所以，作為判斷依據的百分比X不能小于50%.在實際應用中，為了使濾波更可靠，X的取值一般都大于50%.

　　2. 1判決濾波程序設計

　　本設計采用一個9位寄存器( n = 9)，每次判斷時只要‘1’的個數大于或等于5，則濾波輸出‘1’，否則輸出‘0’( X = 5 /9)。圖7為判決濾波程序的流程圖。

　　圖7判決濾波程序流程圖