CN110061718A - 一种自适应数字信号沿滤波方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应数字信号沿滤波方法及系统，其通过触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1，触发第一级触发数字信号DO1得到第二级触发信号DO2；依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din的当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块激活当前状态对应的输出模块，发送第二控制信号以清零计数模块后开始计数；判断计数模块计数值是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

Description

一种自适应数字信号沿滤波方法及系统

技术领域

本发明属于数字滤波领域，具体涉及一种自适应数字信号沿滤波方法及系统。

背景技术

数字电路中，电压的高低可以用包括高电平和低电平的逻辑电平来表示。不同的元器件形成的数字电路，电压对应的逻辑电平也不同。以TTL门电路为例，将大于3.5伏的电压规定为逻辑高电平，用数字1表示；将电压小于0.3伏的电压规定为逻辑低电平，用数字0表示。数字电平从0变为1的那一瞬间叫作上升沿，从1到0的那一瞬间叫作下降沿。

在数字信号处理应用中，中断触发、信号采样、系统对时等经常会使用到数字信号沿，而在数字信号的传输过程中，由于信号串扰或者地弹噪声，导致数字信号在传输过程中产生不必要的杂波或噪声干扰，从而产生许多不可预料的信号沿，导致信号处理出现错误，因此，需要对数字信号沿进行相应的滤波处理。然而，传统的信号沿防抖滤波设计中，通常仅在已约定信号为上升沿或下降沿时做相应的处理，因此，无法有效解决对未知信号沿的滤波处理。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自适应数字信号沿滤波方法及系统，其利用比较两级触发信号的状态得到输入信号的当前状态，并通过计数器计算当前状态的持续时间控制当前状态对应的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自适应数字信号沿滤波方法，具体步骤为：

S1.触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1，触发第一级触发数字信号DO1得到第二级触发信号DO2；

S2.依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din的当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块激活当前状态对应的输出模块；依据同一个时钟周期内的第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值发送相应的第二控制信号控制计数模块计数状态；

S3.判断计数模块计数值是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

作为本发明的进一步改进，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活上升沿对应的输出模块：同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活下降沿对应的输出模块。

作为本发明的进一步改进，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为上升沿对应的输出模块的输出信号为高电平。

作为本发明的进一步改进，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为下降沿对应的输出模块的输出信号为低电平。

作为本发明的进一步改进，输出模块对应的预设的输出延时大于预设滤波宽度值。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种自适应数字信号沿滤波系统，该系统包括第一触发模块、第二触发模块、判断模块、多个输出模块和计数模块，其中，数字信号Din连接所述第一触发模块的输入端，第一触发模块的输出端分别连接第二触发模块的输入端和判断模块的第一输入端，第二触发模块的输出端连接判断模块的第二输入端，判断模块的一个输出端连接计数模块的输入端，判断模块的另一个输出端并连多个输出模块的第一输入端，多个输出模块的第二输入端并连计数模块的输出端，多个输出模块的输出端并连整个系统的输出端；

第一触发模块用于触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1；第二触发模块用于触发第一级触发信号DO1得到第二级触发信号DO2；多个输出模块用于依据第一控制信号和第三控制信号输出相应的输出信号给整个系统的输出端；

判断模块用于依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭触发数字信号Din上一状态对应的输出模块并激活触发数字信号Din当前状态对应的输出模块；判断模块还用于依据同一个时钟周期内的第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值发送相应的第二控制信号控制计数模块计数状态；

计数模块用于判断计数模块计数值是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

作为本发明的进一步改进，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活上升沿对应的输出模块：同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活下降沿对应的输出模块。

作为本发明的进一步改进，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为上升沿对应的输出模块的输出信号为高电平。

作为本发明的进一步改进，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为下降沿对应的输出模块的输出信号为低电平。

作为本发明的进一步改进，多个输出模块对应的预设的输出延时大于预设滤波宽度值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的一种自适应数字信号沿滤波方法及系统，其利用多级触发信号是在时钟同步下触发，在信号产生上升沿或下降沿时，相邻的两级触发信号不相等状态，通过比较两级触发信号的状态得到输入信号的当前状态，并通过计数器计算当前状态的持续时间判断当前状态是否为噪声信号，以控制当前状态对应的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

本发明的一种自适应数字信号沿滤波方法及系统，其通过设置对应两种信号沿的输出模块，通过设置输出模块的输出延时，利用输出延时判断断当前状态的持续时长，从而判断出该信号沿是否为噪声信号，从而可以实现输出信号可以进行上升沿滤波也可以进行下降沿滤波，并可编程设置滤波参数，以提高信号沿滤波处理的通用性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种自适应数字信号沿滤波系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种自适应数字信号沿滤波系统的应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

一种自适应数字信号沿滤波方法，具体步骤为：

S1.触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1，触发第一级触发数字信号DO1得到第二级触发信号DO2；

具体地，对于第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2来说，由于两级信号是先后触发的，当数字信号Din发生状态改变时，第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2会有一个时钟周期不相等。

S2.依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din的当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块激活当前状态对应的输出模块；依据同一个时钟周期内的第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值发送相应的第二控制信号控制计数模块计数状态；其中，初始状态下计数模块值为零，输出模块无输出；

具体地，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平，第一控制信号为预设的输出延时后激活对应上升沿信号的输出模块，第二控制信号为计数模块清零后开始计数：同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平，第一控制信号为预设的输出延时后激活对应下降沿信号的输出模块，第二控制信号为计数模块清零后开始计数。

S3.判断计数模块计数值是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

具体地，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，第二控制信号为计数模块清零后开始计数，计数模块计数值大于预设滤波值时，即数字信号Din的上升沿状态持续时长大于预设滤波宽度时，第三控制信号为上升沿相对应的输出模块输出信号为高电平，否则，第三控制信号为上升沿相对应的输出模块输出信号为低电平；

同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，第二控制信号为计数模块清零开始计数，计数模块计数值大于预设滤波值时，即数字信号Din的下降沿状态持续时长大于预设滤波宽度时，第三控制信号为下降沿相对应的输出模块激活后输出信号为低电平，否则，第三控制信号为下降沿相对应的输出模块激活后输出信号为高电平。

作为一个优选的实施例，输出模块对应的预设的输出延时大于预设滤波宽度。

图1为本发明实施例的一种自适应数字信号沿滤波系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括第一触发模块、第二触发模块、判断模块、输出模块和计数模块，输出模块为多个，其中，数字信号Din连接第一触发模块的输入端，第一触发模块的输出端分别连接第二触发模块的输入端和判断模块的第一输入端，第二触发模块的输出端连接判断模块的第二输入端，判断模块的一个输出端连接计数模块的输入端，判断模块的另一个输出端并连多个输出模块的第一输入端，多个输出模块的第二输入端并连计数模块的输出端，多个输出模块的输出端并连整个系统的输出端；多个输出模块用于依据第一控制信号和第三控制信号输出相应的输出信号给整个系统的输出端；

第一触发模块用于触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1；第二触发模块用于触发第一级触发信号DO1得到第二级触发信号DO2；对于第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2来说，由于两级信号是先后触发的，当数字信号Din发生状态改变时，第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2会有一个时钟周期不相等。

判断模块用于依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭触发数字信号Din上一状态对应的输出模块并激活触发数字信号Din当前状态对应的输出模块；判断模块还用于依据同一个时钟周期内的第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值发送相应的第二控制信号控制计数模块计数状态；其中，初始状态下计数模块值为零，对应的输出模块无输出；

具体地，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，触发数字信号Din当前状态为上升沿状态，第一控制信号为以预设的输出延时后关闭触发数字信号Din上一状态对应的输出模块并激活上升沿状态对应的输出模块，第二控制信号为计数模块清零后开始计数；同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，触发数字信号Din当前状态为下降沿状态，一控制信号为以预设的输出延时后关闭触发数字信号Din上一状态对应的输出模块并激活上下降状态对应的输出模块。

计数模块用于判断计数模块计数时长是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

具体地，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，第二控制信号为计数模块清零后开始计数，计数模块计数值大于预设滤波值时，即数字信号Din的上升沿状态持续时长大于预设滤波宽度时，第三控制信号为上升沿相对应的输出模块输出信号为高电平，否则，第三控制信号为上升沿相对应的输出模块输出信号为低电平；

同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，第二控制信号为计数模块清零开始计数，计数模块计数值大于预设滤波值时，即数字信号Din的下降沿状态持续时长大于预设滤波宽度时，第三控制信号为下降沿相对应的输出模块激活后输出信号为低电平，否则，第三控制信号为下降沿相对应的输出模块激活后输出信号为高电平。

作为一个优选的实施例，第一触发模块、第二触发模块和计数模块采用同一时钟信号；预设的输出延时大于预设滤波宽度值。

图2为本发明实施例的一种自适应数字信号沿滤波系统的应用示意图。如图2所示，作为一个示例，自适应数字信号沿滤波系统作为数字信号沿滤波模块，该数字信号沿滤波模块控制控制器进入中断的过程详述其工作原理如下：

上电复位，控制器和数字信号沿滤波模块进入初始状态，时钟信号以固定频率进入控制器和数字信号沿滤波模块；复位完成，系统进入工作状态，控制器设置滤波宽度DATA，假设DATA＝100，控制器等待外部中断信号进入，假设中断信号为上升沿触发；外部中断信号DIN初始状态为0，在第10个时钟周期时受到杂波干扰变为1，假设数字信号沿滤波模块内部为两级触发，则DO1在第11个时钟周期时变为1，DO2在第12个时钟周期时变为1；在第11个时钟周期时，DO1＝‘1’并且DO2＝‘0’，此时计数器清0，状态机进入状态1，在第12个时钟周期DO2＝DO1＝‘1’，计数器开始计时；假设干扰信号持续10个时钟周期，在第20个时钟周期时，DIN重新变为0，则DO1在在第21个时钟周期时变为0，DO2在第22个时钟周期时变为0；在第21个时钟周期时，DO1＝‘0’并且DO2＝‘1’，此时计数器计时为10，没有达到设置滤波宽度100，触发中断DOUT仍为初始值0，计数器清0，状态机进入状态0，在第22个时钟周期DO2＝DO1＝‘1’，计数器重新开始计时；在第30个时钟周期，真正的中断信号来临，DIN变为1，持续200个时钟后才变为0，在第31个时钟周期时，DO1＝‘1’并且DO2＝‘0’，此时计数器清0，状态机进入状态1，在第32个时钟周期DO2＝DO1＝‘1’，计数器开始计时；在第131个时钟周期时，计数器计时满100，达到滤波宽度，触发中断DOUT变为1，上升沿触发控制器进入中断；假设在第190个时钟周期时，DIN受到干扰变为0，则DO1在在第191个时钟周期时变为0，DO2在第192个时钟周期时变为0；在第191个时钟周期时，DO1＝‘0’并且DO2＝‘1’，此时DOUT＝‘1’，计数器清0，状态机进入状态0，在第192个时钟周期DO2＝DO1＝‘0’，计数器重新开始计时；假设干扰信号持续10个时钟周期，在第200个时钟周期时，DIN重新变为1，则DO1在第201个时钟周期时变为1，DO2在第202个时钟周期时变为1；在第201个时钟周期时，DO1＝‘1’并且DO2＝‘0’，此时计数器计时为10，没有达到设置滤波宽度100，触发中断DOUT仍为初始值1，计数器清0，状态机进入状态1，在第22个时钟周期DO2＝DO1＝‘0’，计数器重新开始计时；在第230个时钟周期，DIN真正变为0，持续200个时钟后才变为1，在第231个时钟周期时，DO1＝‘0’并且DO2＝‘1’，此时计数器清0，状态机进入状态0，在第232个时钟周期DO2＝DO1＝‘0’，计数器开始计时；在第331个时钟周期时，计数器计时满100，达到滤波宽度，触发中断DOUT变为0，下降沿触发控制器进入中断；上述步骤在固定时钟周期上循环，可以达到上升沿和下降沿均滤波的效果。控制器需要上升沿触发，则上升沿滤波；控制器需要下降沿触发，则下降沿滤波；同时，控制器可以对滤波宽度进行编程控制，较好的适应了不同的信号沿滤波。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应数字信号沿滤波方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1，触发第一级触发数字信号DO1得到第二级触发信号DO2；

S2.依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din的当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块激活当前状态对应的输出模块；依据同一个时钟周期内的第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值发送相应的第二控制信号控制计数模块计数状态；

S3.判断计数模块计数值是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

2.根据权利要求1所述的一种自适应数字信号沿滤波方法，其特征在于，步骤S2中，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活上升沿对应的输出模块：同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活下降沿对应的输出模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种自适应数字信号沿滤波方法，其特征在于，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为上升沿对应的输出模块的输出信号为高电平。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种自适应数字信号沿滤波方法，其特征在于，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为下降沿对应的输出模块的输出信号为低电平。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种自适应数字信号沿滤波方法，其特征在于，输出模块对应的预设的输出延时大于预设滤波宽度值。

6.一种自适应数字信号沿滤波系统，其特征在于，该系统包括第一触发模块、第二触发模块、判断模块、多个输出模块和计数模块，其中，数字信号Din连接所述第一触发模块的输入端，所述第一触发模块的输出端分别连接第二触发模块的输入端和判断模块的第一输入端，所述第二触发模块的输出端连接判断模块的第二输入端，判断模块的一个输出端连接计数模块的输入端，所述判断模块的另一个输出端并连多个输出模块的第一输入端，所述多个输出模块的第二输入端并连计数模块的输出端，所述多个输出模块的输出端并连整个系统的输出端；

所述第一触发模块用于触发数字信号Din得到第一级触发信号DO1；所述第二触发模块用于触发第一级触发信号DO1得到第二级触发信号DO2；多个输出模块用于依据第一控制信号和第三控制信号输出相应的输出信号给整个系统的输出端；

所述判断模块用于依据同一个时钟周期内第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值判断触发数字信号Din当前状态，并发送相应的第一控制信号以预设的输出延时后关闭触发数字信号Din上一状态对应的输出模块并激活触发数字信号Din当前状态对应的输出模块；判断模块还用于依据同一个时钟周期内的第一级触发信号DO1和第二级触发信号DO2的输出值发送相应的第二控制信号控制计数模块计数状态；

所述计数模块用于判断计数模块计数时长是否大于预设的滤波宽度值，依据判断结果输出第三控制信号控制对应的输出模块的输出信号，从而实现输出信号为滤除低于滤波宽度值的噪声信号后的数字信号。

7.根据权利要求6所述的一种自适应数字信号沿滤波系统，其特征在于，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活上升沿对应的输出模块：同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平，第一控制信号为预设的输出延时后关闭上一状态对应的输出模块并激活下降沿对应的输出模块。

8.根据权利要求6或7所述的一种自适应数字信号沿滤波系统，其特征在于，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为高电平且第二级触发信号DO2为低电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为上升沿对应的输出模块的输出信号为高电平。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的一种自适应数字信号沿滤波系统，其特征在于，同一个时钟周期内第一级触发信号DO1为低电平且第二级触发信号DO2为高电平时，计数模块计数时长大于预设滤波宽度值时，第三控制信号为下降沿对应的输出模块的输出信号为低电平。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种自适应数字信号沿滤波系统，其特征在于，多个输出模块对应的预设的输出延时大于预设滤波宽度值。