車載電子羅盤中的一種新型抗干擾設(shè)計(jì)
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ADXL202E輸出的信號占空比調(diào)節(jié)(DCM)周期由外接電阻決定，一般低于1 kHz，因此計(jì)數(shù)輸入端高低電平持續(xù)時(shí)間長達(dá)幾ms甚至幾十ms，可見傳感器輸出的正常計(jì)數(shù)信號高、低電平變化較慢；而控制器脈寬計(jì)數(shù)時(shí)間小于1μs，干擾尖峰脈沖是突變的，所以能把干擾從正常計(jì)數(shù)中辨別出來。因此，使用軟件濾波來消除尖峰脈沖干擾是可行的。
VRS51L3074單片機(jī)是由美國Ramtron(瑞創(chuàng))公司推出的8位單片機(jī)家族VRS51L3xxx系列的成員。VRS51L3074提供了2個(gè)與定時(shí)器O和1關(guān)連的獨(dú)立的脈寬計(jì)數(shù)器(PWC)模塊，用戶可通過對PWC模塊和定時(shí)器的配置，靈活地控制定時(shí)器啟動(dòng)或停止計(jì)數(shù)，從而方便地實(shí)現(xiàn)對ADXL202E輸出的脈寬和周期的計(jì)數(shù)。
從單片機(jī)計(jì)數(shù)輸入端，觀察信號波形。為便于分析，在高、低電平段設(shè)置了幾個(gè)干擾尖峰脈沖，分別標(biāo)示為Section A和Section C，占空比信號下降沿、上升沿分別標(biāo)示為Section B和Section D。單片機(jī)按計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期性采樣，采樣值中“1”表示采到的是高電平，“O”表示低電平。I／O口采樣占空比信號輸出端口中狀態(tài)，利用1個(gè)字節(jié)型變量R來動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)采樣值?？刂破髅坎蓸?次，變量R中數(shù)據(jù)向左移1個(gè)二進(jìn)制位，R原最高位電平狀態(tài)被移除，而當(dāng)前時(shí)刻新的采樣狀態(tài)保存到R的最低位，變量R被更新了，狀態(tài)存儲(chǔ)器R中保存著最近8個(gè)采樣周期的采樣值。本文引用地址：http://2s4d.com/article/163019.htm
在圖1中，從正常下降沿過程(Section B)，可以看到變量R中的數(shù)據(jù)經(jīng)歷了從各位全為1，到1、O共存，再變化到全為O的過程；然而，在高電平段的干擾部分(Section A)，變量R經(jīng)歷了從全為1，到1、0混合，再回到全為l的過程。類似地，正常上升沿(Section D)變量R經(jīng)歷了各位全為0，到O、1共存，再變化到全為1的狀態(tài)變化過程；在低電平段的干擾部分(Section C)，變量R經(jīng)歷了采樣狀態(tài)從全為O，到O、1混合，再回到全為O的過程。通過判斷此4種情況下變量R中數(shù)據(jù)的不同變化過程，可以達(dá)到從正常變化中辨別出干擾的目的。這就是本設(shè)計(jì)所采用的軟件濾波抗干擾方法的基本思想。
3 軟件濾波算法的實(shí)現(xiàn)
3．1 軟件濾波分析
根據(jù)軟件濾波設(shè)計(jì)思想，濾波子程序由主程序在信號狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)入中斷時(shí)調(diào)用，圖2給出了濾波程序流程。對照圖1中4種Section來分析流程圖。當(dāng)有邊沿或干擾信號(信號周期大于計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期)到來時(shí)，VRS51L3074單片機(jī)的PWC計(jì)數(shù)停止條件滿足，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)子程序。在中斷子程序中，首先重置脈寬計(jì)數(shù)條件，然后對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行采樣，采樣1次，狀態(tài)寄存器左移1位，采樣到高電平記為“1”，采樣到低電平記為“O”。如正常下降沿Section B，前面處于高電平段，初始狀態(tài)變量Flag全為1，當(dāng)出現(xiàn)低電平，控制器進(jìn)入中斷，緊接著進(jìn)行16次采樣。前已提及系統(tǒng)處理的尖峰干擾約1～2 ms，每個(gè)采樣周期約為O．4 ms，其尖峰干擾脈寬達(dá)不到8個(gè)采樣周期。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采樣16次，只取最后8次的存儲(chǔ)狀態(tài)與原狀態(tài)進(jìn)行比較，如果最后采樣的狀態(tài)全為“O”則與原狀態(tài)相反，就可判斷出這是1個(gè)正常下降沿。如果是干擾信號引起計(jì)數(shù)中斷，前面8個(gè)采樣狀態(tài)不全為“1”，后面8個(gè)狀態(tài)全為“1”，最后采樣的狀態(tài)與原狀態(tài)相同，就可判斷出這是1個(gè)干擾信號，如Section A。在信號狀態(tài)采樣期間，計(jì)數(shù)條件滿足PWC繼續(xù)計(jì)數(shù)，直到真正的下降沿到來，計(jì)數(shù)停止并保存，計(jì)數(shù)寄存器還原為初始值，這樣干擾信號即被濾除。類似地，正常上升沿Section D，存儲(chǔ)器原狀態(tài)為“O”，上升沿來臨后存儲(chǔ)器狀態(tài)為“1”，與原狀態(tài)相反，PWC計(jì)數(shù)停止并保存，計(jì)數(shù)寄存器還原為初始值，退出中斷子程序。有干擾信號出現(xiàn)后采樣狀態(tài)與原狀態(tài)相同，干擾尖峰脈沖可被濾除。如果要使脈寬計(jì)數(shù)更精確，可判斷前8個(gè)采樣周期中系統(tǒng)不正常計(jì)數(shù)的周期，然后與最終計(jì)數(shù)周期相加即可。此時(shí)，程序流程體現(xiàn)出軟件濾波功能。
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