FPGA處理編碼信號進行毛刺濾波的方法實現(xiàn)

一、前言

在利用處理編碼信號時，一般在較為理想的環(huán)境下可以很方便進行計算，判斷等。但是由于有時候受到電磁干擾等環(huán)境因素，會導(dǎo)致編碼信號產(chǎn)生毛刺等，這時候如果不對編碼信號進行預(yù)處理而是直接進行邊緣判斷等操作則極容易導(dǎo)致錯誤，所以需要提前對編碼信號進行濾波。

二、濾波算法

其算法思想也容易理解：如果有電平跳變，則立即進行計數(shù)，如果計數(shù)值超過設(shè)定閾值，則電平跳轉(zhuǎn)有效，否則依然保持原電平不變。另外如果在計數(shù)時又發(fā)生電平跳轉(zhuǎn)，則重新進行計數(shù)。濾波算法跳轉(zhuǎn)圖如下：

三、代碼設(shè)計

首先我們需要確定編碼信號的毛刺信號大概時間寬度為多少，這樣我們才能設(shè)置閾值進行濾波。以Altera芯片設(shè)計為例，可以利用SigalTapII嵌入式邏輯觀測毛刺的時間寬度。

這樣設(shè)計代碼如下即可實現(xiàn)濾波效果：

module encoder_filter (

input clk,

input A, //原始編碼信號A

output reg A_f, //濾波后的編碼信號A_f

output led, //觀測程序是否燒錄成功

output samp_clk_20us //SigalTapII中采樣時鐘

);

pll_ippll_ip_inst ( //調(diào)用PLL_IP

.inclk0 ( clk ),

.c0 ( samp_clk_20us )

);

parameter [11:0] Cnt_20us=12'd1000; //20us/20ns=1000; //毛刺的脈寬不會大于20us

parameter [1:0] S0 = 2'b00, S1 = 2'b01, S2 = 2'b10, S3 = 2'b11;

reg [1:0] state; //當(dāng)前狀態(tài)

reg [2:0] A_delay; //延遲打拍

reg [11:0] count; //電平跳轉(zhuǎn)計數(shù)

reg last_level; //A的上一個電平狀態(tài)

reg A_sig_pos;

reg A_sig_neg;

reg [7:0] reset_counter=8'd0;

always@(posedge clk) //軟件不發(fā)復(fù)位信號，FPGA自己產(chǎn)生，邏輯加載起來后馬上自己復(fù)位一次。

begin

if (reset_counter != 8'h59 )

reset_counter <= reset_counter + 8'h1;??

end

reg n_rst;

always@(posedge clk) //軟件不發(fā)復(fù)位信號，F(xiàn)PGA自己產(chǎn)生，邏輯加載起來后馬上自己復(fù)位一次。

begin

if((reset_counter > 8'd1)&&(reset_counter < 8'd6))

n_rst <= 1'b0;? ? ?

else

n_rst <= 1'b1;

end

assign led=1'b0;

always @(posedge clk or negedge n_rst ) //將外部a信號進行時鐘同步

begin

if(n_rst==1'b0)

A_delay <=2'b00;

else

A_delay <={A_delay[1:0],A};

end

wire A_risingedge=(A_delay[2:1]==2'b01);

wire A_fallingedge=(A_delay[2:1]==2'b10);

always @(posedge clk or negedge n_rst )

begin

if(n_rst==1'b0)

begin

state<= S0;

count<=12'b0;

last_level<=1'b0;

A_sig_neg<=1'b0;

A_sig_pos<=1'b0;

end

else

case(state)

S0://空閑狀態(tài)，判斷電平是否變化

begin

if(A_risingedge||A_fallingedge)

begin

state<= S1;

count<=12'b0;

last_level<=A_delay[2];

end

end

S1://計數(shù)狀態(tài)

begin

if(A_delay[2]==A_delay[1])

if(count==Cnt_20us)//判斷計數(shù)是否達(dá)到20us

begin

count<=12'b0;

state<= S2;

end

else

count<=count+1'b1;

else

count<=12'b0;

end

S2://判決狀態(tài)

begin

state<= S3;

if(!last_level&&A_delay[1])//確定是由低電平---->高電平

begin

A_sig_pos<=1'b1;

A_sig_neg<=1'b0;

end

else if(last_level&&!A_delay[1])//確定是由高電平---->低電平

begin

A_sig_neg<=1'b1;

A_sig_pos<=1'b0;

end

else

begin

A_sig_neg<=1'b0;

A_sig_pos<=1'b0;

end

end

S3:

begin

state<= S0;

count<=12'b0;

end

default:

begin

state<= S0;

count<=12'b0;

end

endcase

end

always @(posedge clk or negedge n_rst )

begin

if(n_rst==1'b0)

A_f<=1'b0;

else if(A_sig_pos==1'b1)

A_f<=1'b1;

else if(A_sig_neg==1'b1)

A_f<=1'b0;

else

A_f<=A_f;

end

endmodule

值得注意的是：

1、需要根據(jù)實際毛刺Cnt_20us的時間寬度改變閾值

2、在程序使用了軟復(fù)位，由于未設(shè)置按鍵這種異步復(fù)位，就實際程序隨板子上電后在主時鐘下進行軟件同步復(fù)位。

審核編輯：劉清