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两种基于FPGA的软件滤波方法【汇龙娱乐手机APP下载】

发布日期:2021-02-17 00:20浏览次数:
本文摘要:随着数字电子技术的发展,数字电路已经从早期的分立元件发展成集成电路,对电路设计的拒绝进一步降低。特别是,随着可编程逻辑设备的频繁出现,以硬件为载体、以计算机软件为研发环境的现代数字系统的设计方法日趋成熟。 可编程逻辑设备设计的灵活性、功能、在线变更、效率等优点受到了很多电子设计师的关注。

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随着数字电子技术的发展,数字电路已经从早期的分立元件发展成集成电路,对电路设计的拒绝进一步降低。特别是,随着可编程逻辑设备的频繁出现,以硬件为载体、以计算机软件为研发环境的现代数字系统的设计方法日趋成熟。

可编程逻辑设备设计的灵活性、功能、在线变更、效率等优点受到了很多电子设计师的关注。目前,大部分现场可编程逻辑阵列(FPGA)芯片都是基于可重构CMOS-SRAM单元结构的电压脆弱芯片,数据丢失可能性低,容易在低电压状态下工作,尤其是在工业、军用情况下,外部电磁环境较差,电路耦合、空间电磁辐射的杂物。干扰脉冲和毛刺信号是影响FPGA平稳运行的主要因素,每次输出信号变化时,电路都需要对输出信号展开滤波处理,以便能够发出一次准确的呼吁。

要构建信号过滤器,可以同时使用硬件过滤器和软件过滤器。与硬件过滤器相比,软件过滤器不需要硬件电路的反对,因此可以增加组件的使用并降低成本,更重要的是,软件过滤器更容易更改。因此,经常使用软件滤波方法构建电路的信号滤波问题。通过VHDL语言编程构建信号过滤功能,说明延迟过滤和判决过滤方法,并通过实验证明了两种过滤方法的可靠性。

1延迟滤波延迟滤波方法的滤波原理是区分输出信号的脉冲宽度,有效地引导实际信号的宽度差距和相当大的干扰信号。明确的构建过程是在检测到输出信号的状态变化后,将T延迟一段时间。脉冲宽度大于延迟时间T的输出信号被标记为干扰信号,从而产生噪声。

脉冲宽度小于延迟时间T的输出信号用实际信号表示输入。对于脉冲宽度不同的干扰信号,可以设置不同的参数,以配置超出有效过滤目的的适当信号延迟。1.1延迟时间T的确认延迟时间T分别是不同干扰信号的脉宽T。

延迟时间T太短(T > T)可以减少电路生产率,而不会造成资源浪费。

以下是以特定型号的扭转电源输出信号为例,说明如何确认延迟时间T。扭转子电源的机械触点没有弹性,因此在通电时,触点打开和插入的瞬间,一系列的晃动是不可避免的。为了更准确地测量开机时发生的故障脉宽T,可以使用示波器多次测量电源信号,找到该扭转电源信号的抖动时间最长为1.5毫秒。图1是未过滤的电源信号波形。

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在图1中,横坐标响应时间,每个格代表50s,坐标响应电压,每个单元代表1V。如图所示,在电源信号超过稳定状态之前,有一系列抖动近1.5毫秒。根据实际情况,确认延迟时间T=2毫秒。1.2延迟滤波器设计延迟滤波器使用计数器构建,计数器的模块值N分别为不同的延迟时间T和采样时钟CLK的周期TCLK。

如果计数器的初始值为0,则n=t/TCL k-1。图2是用于创建延迟过滤器的流程图。

图1未过滤的电源信号图2烟雾过滤器流程图在检测到电源信号的状态变化时(此处从0更改为1),如果计数器开始计时,计数器的计数值计算为N,则在电源信号保持变化的状态1时输入1。否则表示是干扰脉冲的脉冲。示例时钟的频率为5kHz时,TCLK=0.2ms毫秒,要构建2毫秒延迟时间,如果计数器初始值为0,则计数器模块值N=9。

明确的VHDL语言程序过程如下:1.3延迟滤波器建模分别将电源信号din设置为理想信号和抖动信号,并使用Quartus II 8.0软件进行建模。图3和图4分别为理想信号和抖动信号的延迟滤波器建模波形。

图3理想电源信号延迟滤波器建模波形图4晃动电源信号延迟滤波器建模波形图的clk是采样时钟,glrn是闭路信号,din是电源输出信号,dout是延迟滤波器输入信号。如图3所示,从电源信号变化到输入变化的时间延迟为2毫秒,如图4所示,该延迟滤波器有效地防止了扭转电源的晃动故障,并验证了理论可行性。

1.4延迟过滤器为了验证该延迟过滤器的实际过滤效果,将iTunes装载在Xilinx的Spartan3系列FPGA芯片XC3S400上。利用示波器对过滤后的电源信号进行多次测量,得到图5右边的输入信号波形。

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在图5中,横坐标响应时间,每个格代表10s,坐标响应电压,每个单元代表1V。如图5所示,通过过滤器的电源信号仍然有抖动,并且验证了该延迟过滤器的实际可靠性。图5延迟滤波后的输入信号波形1.5延迟滤波资源利用率是电子电路设计中FPGA的资源利用率是我们要考虑的最重要问题之一。

FPGA的资源利用率过大不会减少FPGA的开销,而是影响整个电路的运行速度。表1显示了XC3S400芯片上延迟过滤器的资源空闲状态。表1延迟滤波器的资源空闲状态1.6延迟滤波器的特征延迟滤波器更适合对脉冲宽度未知的干扰信号展开滤波器。

这样可以更准确地确认延迟时间。延迟时间太短,过滤器不理想,延迟时间太长,可能会造成资源浪费。另外,延迟程序不仅能有效地避免电源信号的晃动,还能过滤故障、噪音等其他峰值波,抗干扰能力强,可靠性低。

电路没有多个输出信号时,如果检测到指定输出信号状态的变化,则在继续运行延迟程序和继续延迟程序的同时,会检测到接近其他输出状态的变化。因此,需要识别的动作间隔不能大于延迟时间T。

特别是,如果多输出信号的状态在短时间内发生变化,电路性能不会明显提高。另外,由于频率的原因,即使继续运行延迟程序,也不会影响系统的效率和实时性。


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