CN112202421B - 一种串口信号滤波方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串口信号滤波方法及装置，该串口信号滤波方法包括：提供第一设定滤波时长；在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；若不存在，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧，本发明是基于verilog的串口信号滤波方法，原理简单，思路清晰，易于实现与应用，可以对任何使用可编程逻辑器件实现串口信号接收的模块进行滤波，且能够有效的滤除掉干扰信号，尤其是对数据源头进行滤波，能够快速准确的判断出串口信号的开始标志帧，避免了由于干扰信号而造成的数据舍弃，且通用性强，占用资源少，准确率高。

Description

一种串口信号滤波方法及装置

技术领域

本发明涉及串口滤波领域，更具体的，涉及一种串口信号滤波方法及装置。

背景技术

在现代的通信技术中，串口通信由于其结构简单、不需要操作系统的支持、开发难度低、成本少、简单实用、插拔方便的特点受到各行各业的青睐，很多开发商在选用处理器之间的通信上都选用了串口通信，这样也方便外部的处理器能够方便的通过串口实现通讯。

然而，在使用串口作为通讯方法的时，使用可编程逻辑器件的情况下就需要通过verilog语言来编写串口模块来实现串口通讯，串口发送模块相对来说简单，只需要按照预定的波特率将数据发送即可，串口接收需要考虑的一个很重要的问题就是干扰的问题，串口接收一般是通过检测开始信号(由高电平跳变到低电平)来检测通讯的开始，但是实际的工况下，如果存在很多的干扰信号将会导致通讯的无判断，从而造成数据接收的错误。

目前在现代通信使用串口的情况下，往往都是在串口通讯的时候加入通讯协议，通过对接收到的数据按照通讯协议进行校验，如果数据不是按照预定的协议收到的就对数据进行舍弃，这样存在的一个很大的弊端就是会造成很多数据的浪费，没有真正意义的从源头解决干扰信号的问题。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一个，本发明一方面实施方式提供了一种串口信号滤波方法，该串口信号滤波方法包括：提供第一设定滤波时长；在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；若不存在，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧。

在优选的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，所述低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长的时间段为第一时间段；所述串口滤波方法还包括：

分别记录所述开始标志帧内的第一时间段的起始时间点，以及所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点；

根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长；

根据所述补偿时长，以及起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时长，得到总串口接收时长。

在优选的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，和位于所述开始标志帧和结束信号帧之间的数据帧，所述串口滤波方法还包括：

在每个所述数据帧内，若高电平和低电平的其中一个的维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为该其中一个。

在优选的实施方式中，该串口信号滤波方法包括：在所述数据帧内，若高电平和低电平的维持时长均低于第二设定滤波时长查找所有高电平与所有低电平各自分别所占时长，将时长较长的电平作为有效电平。

在优选的实施方式中，该串口信号滤波方法包括：提供第二设定滤波时长。

本发明另一方面实施方式提供了一种串口信号滤波装置，该串口信号滤波装置包括：

第一设定滤波时长提供模块，用于提供第一设定滤波时长；

高电平信号判断模块，用于在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；

开始标志帧确定模块，用于若不存在维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧。

在优选的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，所述低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长的时间段为第一时间段；所述串口滤波装置还包括：

时间点记录模块，用于分别记录所述开始标志帧内的第一时间段的起始时间点，以及所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点；

补偿时长生成模块，用于根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长；

总串口接收时长生成模块，用于根据所述补偿时长，以及起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时长，生成总串口接收时长。

在优选的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，和位于所述开始标志帧和结束信号帧之间的数据帧，所述串口滤波装置还包括：

数据帧对应电平确定模块，在每个所述数据帧内，若高电平和低电平的其中一个的维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为该其中一个。

在优选的实施方式中，该串口信号滤波装置还包括：

有效电平确定模块，在所述数据帧内，若高电平和低电平的维持时长均低于第二设定滤波时长查找所有高电平与所有低电平各自分别所占时长，将时长较长的电平作为有效电平。

在优选的实施方式中，该串口信号滤波装置还包括：

第二设定滤波时长提供模块，用于提供第二设定滤波时长。

本发明的有益效果

本发明提供一种串口信号滤波方法及装置，该串口信号滤波方法包括：提供第一设定滤波时长；在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；若不存在，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧，本发明是基于verilog的串口信号滤波方法，原理简单，思路清晰，易于实现与应用，可以对任何使用可编程逻辑器件实现串口信号接收的模块进行滤波，且能够有效的滤除掉干扰信号，尤其是对数据源头进行滤波，能够快速准确的判断出串口信号的开始标志帧，避免了由于干扰信号而造成的数据舍弃，且通用性强，占用资源少，准确率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施方式中一种串口信号滤波方法示意图；

图2为本发明实施方式中一种开始标志帧内干扰信号滤波示意图；

图3为本发明实施方式中一种开始标志帧内窄脉冲滤波示意图；

图4为本发明实施方式中一种数据帧内跳变沿方式滤波示意图；

图5为本发明实施方式中一种数据帧内电平判断示意图；

图6示出本发明实施方式中一种串口信号滤波装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

目前，在使用串口作为通讯方法的时，使用可编程逻辑器件的情况下就需要通过verilog语言来编写串口模块来实现串口通讯，串口发送模块相对来说简单，只需要按照预定的波特率将数据发送即可，串口接收需要考虑的一个很重要的问题就是干扰的问题，串口接收一般是通过检测开始信号(由高电平跳变到低电平)来检测通讯的开始，但是实际的工况下，如果存在很多的干扰信号将会导致通讯的无判断，从而造成数据接收的错误。因此，现代通信在使用串口的情况下，往往都是在串口通讯的时候加入通讯协议，通过对接收到的数据按照通讯协议进行校验，如果数据不是按照预定的协议收到的就对数据进行舍弃，这样存在的一个很大的弊端就是会造成很多数据的浪费，没有真正意义的从源头解决干扰信号的问题，占用资源多，准确率低。

基于此，如图1所示，本发明一方面实施方式提供了一种串口信号滤波方法，该串口信号滤波方法包括：

S11：提供第一设定滤波时长；

S12：在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；

S13：若不存在，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧。

本发明是基于verilog的串口信号滤波方法，原理简单，思路清晰，易于实现与应用，可以对任何使用可编程逻辑器件实现串口信号接收的模块进行滤波，且能够有效的滤除掉干扰信号，尤其是对数据源头进行滤波，能够快速准确的判断出串口信号的开始标志帧，避免了由于干扰信号而造成的数据舍弃，且通用性强，占用资源少，准确率高。

可以理解，第一设定滤波时长可以根据干扰环境设置，如设置为波特率的1/3、1/5、1/7、1/9等，本发明不做限制。

请结合图2，图2中的图形a为串口信号采集时序，图形b为采集时帧。在图形a的每个上升沿都会采集一次对应图形此时b中的电平状态，即高电平还是低电平。

当串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧的电平状态为低电平0时，即可判断为串口信号的开始标志帧。

可以理解，开始标志帧内的起始时间点为通讯的开始，因此对于开始标志帧内的起始时间点的检测就至关重要，本发明通过双重保障滤波的方式来正确的得到有效的起始时间点。

可以知晓，双重保障滤波的方式，即在开始标志帧内，一方面不存在维持时长高于第一设定滤波时长的高电平信号，另一方面即在该采集时帧内低电平的维持时长高于第一设定滤波时长。当同时满足这两方面的条件就能够确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧。

开始标志帧内的起始时间点，即为低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，该低电平刚出现的时间点。

在一些具体的实施方式中，请继续结合图2，假设在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，存在着两个干扰信号1，本实施方式通过第一设定滤波时长的设置，先判断这两个干扰信号是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号，再判断该采集时帧内低电平的维持时长是否高于所述第一设定滤波时长，通过双重保障滤波，才得到正确的有效电平。

可以理解，在使用双重保障滤波之后，接收到开始标志帧内的起始时间点时，时间已经过去一段时间，如果按照这个时间为通讯开始接收的时间就会造成时间的错位。

如图3所示，为了更进一步的得到准确的通讯开始接收的时间，在本发明的某些实施方式中，在使用双重保障滤波之后，接收到开始标志帧内的起始时间点后，需要把前面干扰信号所占用的窄脉冲的时间补充上，才能保证数据的正确接收。

可以理解，脉冲信号也可以叫方波，只不过方波是占空比是50％，而窄脉冲就是占空比小于50％的方波信号，如方波信号频率是1KHz，也就是这个方波信号的周期是1mS，如果脉宽只有50nS，就说明这是一个很窄的脉冲信号，即窄脉冲。

为了更进一步的得到准确的通讯开始接收的时间，在一些具体的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，所述低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长的时间段为第一时间段；所述串口滤波方法还包括：

分别记录所述开始标志帧内的第一时间段的起始时间点，以及所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点；

根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长；

根据所述补偿时长，以及起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时长，得到总串口接收时长。

可以理解，每个干扰信号占用的时长不一定相同，所以要分别计算每个干扰信号占用的时长再相加，即记录开始标志帧内的第一时间段的起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点。

然后根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长。即通过记录相邻两个脉冲下降沿的时间点来记录每个窄脉冲出现的时长并相加得到补偿时长。

具体的，请继续结合图3，当干扰信号1为两个时，即图中的窄脉冲2，先记录开始标志帧的下降沿时间点以及两个窄脉冲下降沿的时间点，可以分别得到这两个窄脉冲出现的时长，然后再把这两个时长相加即为补偿时长。

最后，在起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时基础长上，加上该补偿时长，能够得到总串口接收时长T，从而保证数据的同步接收，避免因时间错位而产生的错误信号。

在一些优选的实施方式中，该串口信号还包括结束标志帧，和位于所述开始标志帧和结束信号帧之间的数据帧3，该串口滤波方法还包括：

在每个所述数据帧内，若高电平和低电平的其中一个的维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为该其中一个。

如图4所示，可以理解，数据信号与开始信号不同，开始信号是低电平信号，但是数据信号有高电平和低电平两种信号，对应的，在采集时帧内的数据帧3内也有高电平和低电平，同样的，干扰信号1对应的窄脉冲也可能为高电平或低电平。

具体的，为了得到数据帧内更准确的电平，本发明实施方式通过提供第二滤波时长，逐一判断每个数据帧内高电平或低电平的维持时长与第二设定滤波时长的关系，若高电平维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为高电平；若低电平维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为低电平。

需要说明的是，当前数据帧内的电平状态确定完成后，需要对当前数据帧内高电平或低电平的维持时长清零，再进行下一个数据帧的判断。

如图5所示，当数据帧内存在较多干扰信号1时，且高电平和低电平的维持时长均低于第二设定滤波时长，为了更高效准确的滤波，在某些实施方式中，该串口滤波方法还包括：在所述数据帧3内，查找所有高电平与所有低电平各自分别所占时长，将时长较长的电平作为有效电平。

可以理解，大多数情况下，正常信号出现时长大于干扰信号出现时长，因此采用本实施方式可以快速筛选出准确有效电平。

在某些实施方式中，该串口滤波方法还包括：提供第二设定滤波时长。

可以理解，在具体实施时，可以根据滤波环境灵活设定第二设定滤波时长，如设置为波特率的1/3、1/5、1/7、1/9等，本发明不做限制。

从上述实施方式可以看出，本发明提供的串口信号滤波方法是基于verilog的串口信号滤波方法，原理简单，思路清晰，易于实现与应用，可以对任何使用可编程逻辑器件实现串口信号接收的模块进行滤波，且能够有效的滤除掉干扰信号，尤其是对数据源头进行滤波，能够快速准确的判断出串口信号的开始标志帧，避免了由于干扰信号而造成的数据舍弃，且通用性强，占用资源少，准确率高，可以将数据接收的正确率提高到99％以上。

基于相同的发明构思，本发明另一方面实施方式提供了一种串口信号滤波装置，如图6所示，该串口信号滤波装置包括：

第一设定滤波时长提供模块21，用于提供第一设定滤波时长；

高电平信号判断模块22，用于在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；

开始标志帧确定模块23，用于若不存在维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧。

在优选的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，所述低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长的时间段为第一时间段；所述串口滤波装置还包括：

时间点记录模块，用于分别记录所述开始标志帧内的第一时间段的起始时间点，以及所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点；

补偿时长生成模块，用于根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长；

总串口接收时长生成模块，用于根据所述补偿时长，以及起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时长，生成总串口接收时长。

在优选的实施方式中，所述串口信号还包括结束标志帧，和位于所述开始标志帧和结束信号帧之间的数据帧，所述串口滤波装置还包括：

数据帧对应电平确定模块，在每个所述数据帧内，若高电平和低电平的其中一个的维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为该其中一个。

在优选的实施方式中，该串口信号滤波装置还包括：

有效电平确定模块，在所述数据帧内，若高电平和低电平的维持时长均低于第二设定滤波时长查找所有高电平与所有低电平各自分别所占时长，将时长较长的电平作为有效电平。

在某些实施方式中，该串口信号滤波装置还包括：

第二设定滤波时长提供模块，用于提供第二设定滤波时长。

从上述实施方式可以看出，本发明提供的串口信号滤波装置，结构简单，易于实现与应用，使用本发明提供的串口信号滤波装置，可以对任何使用可编程逻辑器件实现串口信号接收的模块进行滤波，且能够有效的滤除掉干扰信号，尤其是对数据源头进行滤波，能够快速准确的判断出串口信号的开始标志帧，避免了由于干扰信号而造成的数据舍弃，且通用性强，占用资源少，准确率高，可以将数据接收的正确率提高到99％以上。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，对于装置实施方式而言，由于其基本相似于方法实施方式，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种串口信号滤波方法，其特征在于，包括：

提供第一设定滤波时长；

在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；

若不存在，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧；

所述串口信号还包括结束标志帧，和位于所述开始标志帧和结束信号帧之间的数据帧，所述串口信号 滤波方法还包括：

在每个所述数据帧内，若高电平和低电平的其中一个的维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为该其中一个。

2.根据权利要求1所述的串口信号滤波方法，其特征在于，所述串口信号还包括结束标志帧，所述低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长的时间段为第一时间段；所述串口滤波方法还包括：

分别记录所述开始标志帧内的第一时间段的起始时间点，以及所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点；

根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长；

根据所述补偿时长，以及起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时长，得到总串口接收时长。

3.根据权利要求1所述的串口信号滤波方法，其特征在于，还包括：

在所述数据帧内，若高电平和低电平的维持时长均低于第二设定滤波时长查找所有高电平与所有低电平各自分别所占时长，将时长较长的电平作为有效电平。

4.根据权利要求1所述的串口信号滤波方法，其特征在于，还包括：

提供第二设定滤波时长。

5.一种串口信号滤波装置，其特征在于，包括：

第一设定滤波时长提供模块，用于提供第一设定滤波时长；

高电平信号判断模块，用于在串口信号采集时序上的首个上升沿对应的采集时帧内，判断是否存在一维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号；

开始标志帧确定模块，用于若不存在维持时长高于所述第一设定滤波时长的高电平信号，当该采集时帧内低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长时，确定该采集时帧为串口信号的开始标志帧；

所述串口信号还包括结束标志帧，和位于所述开始标志帧和结束信号帧之间的数据帧，所述串口信号 滤波装置还包括：

数据帧对应电平确定模块，在每个所述数据帧内，若高电平和低电平的其中一个的维持时长高于第二设定滤波时长，则该数据帧对应为该其中一个。

6.根据权利要求5所述的串口信号滤波装置，其特征在于，所述串口信号还包括结束标志帧，所述低电平的维持时长高于所述第一设定滤波时长的时间段为第一时间段；所述串口滤波装置还包括：

时间点记录模块，用于分别记录所述开始标志帧内的第一时间段的起始时间点，以及所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点；

补偿时长生成模块，用于根据所述起始时间点之前的所有下降沿对应的时间点以及所述开始标志帧的下降沿时间点，生成补偿时长；

总串口接收时长生成模块，用于根据所述补偿时长，以及起始时间点至结束标志帧的对应时间点之间的时长，生成总串口接收时长。

7.根据权利要求5所述的串口信号滤波装置，其特征在于，还包括：

有效电平确定模块，在所述数据帧内，若高电平和低电平的维持时长均低于第二设定滤波时长查找所有高电平与所有低电平各自分别所占时长，将时长较长的电平作为有效电平。

8.根据权利要求5所述的串口信号滤波装置，其特征在于，还包括：

第二设定滤波时长提供模块，用于提供第二设定滤波时长。

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