本实用新型属于滤波器技术领域，更具体地，涉及一种开关量信号滤波电路。
背景技术：
开关量是一种常见的数字信号，其在传输过程中易受信号干扰或器件抖动的影响，在状态采集过程中若不能及时消除干扰，会影响采集的准确性和可靠性，针对开关电路信号的滤波方法日益重要。
现有技术中对开关量或其他数字信号进行滤波一般采用硬件RC滤波或软件滤波的方法，但硬件RC滤波离散性较大，且RC滤波电路结构复杂；软件滤波需要占用较长的CPU处理时间，降低系统运行效率。
技术实现要素：
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种开关量信号滤波电路，其目的在于解决现有滤波方法存在的滤波电路结构复杂、效率低的问题。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种开关量信号滤波电路，包括时钟电路和程序逻辑电路；程序逻辑电路的第一端用于接收开关量输入信号，第二端与时钟电路的输出端相连；
程序逻辑电路用于对开关量信号进行采样，并通过对开关量信号进行脉宽计数的方式滤除低幅值和窄脉冲干扰信号；该程序逻辑电路包括加法器、计数器、比较器和触发器；
加法器的第一输入端用于接收计数初始值，第二输入端与计数器的输出端相连，输出端与计数器的输入端相连；计数器的控制端用于接收时钟电路输出的时钟信号，复位端用于接收开关量信号，输出端与比较器的第一输入端相连；比较器的第二输入端用于接收计数目标值，输出端与触发器的使能端相连；触发器的使能端也与计数器的使能端相连，控制端用于接收时钟电路输出的时钟信号，复位端用于接收开关量信号，滤波后的开关量信号从输出端输出。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其计数器用于对接收的时钟信号进行计数并将计数值分别输出给比较器和加法器；加法器用计数初始值对计数器输出的计数值进行累加并将累加后的数值总和输入到计数器；比较器用于将计数器输出的计数值与计数目标值进行比较，当两者相等时，比较器输出为高，使能输出触发器，使触发器输出有效的高电平开关量信号；
开关量信号作为计数器和触发器的复位信号，当其输入为高时，计数器及触发器处于工作状态；若在计数过程中开关量信号变低，计数器和触发器均复位清零，计数器重新开始计数，触发器输出为低。
优选的，上述开关量信号滤波电路，还包括隔离滤波电路和整形电路；
隔离滤波电路的第一端用于接收开关量信号，第二端与整形电路的第一端相连；整形电路的第二端与程序逻辑电路的第一端相连；
隔离滤波电路用于实现开关量信号与状态采集电路的隔离，保证状态采集电路不受外部信号干扰；
整形电路用于对隔离后的开关量信号进行整形和反相处理，将不规则的波形整形为方波。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其隔离滤波电路包括光电耦合器、RC滤波电路和上拉电阻；
RC滤波电路与光电耦合器的输入端相连，上拉电阻与光电耦合器输出端的光敏三极管的集电极相连，光敏三极管的发射极接保护地。
光电耦合器用于滤除低于其导通电流的开关量信号，导通电流的大小通过RC滤波电路进行设置；滤波后的低电平开关量信号由光电耦合器的集电极输出，与集电极相连的上拉电阻用于将开关量信号输出钳位在高电平，以保证光耦非导通情况下输出的稳定性。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其RC滤波电路包括限流电阻R1、R2，电容C1和二极管V1；
限流电阻R1与二极管V1的正极相连，二极管V1的负极与光电耦合器输入端的发光二极管的正极相连，限流电阻R2和电容C1并联设置在二极管V1的正极与光电耦合器的发光二极管的负极之间；通过调整限流电阻R1与R2的阻值改变光电耦合器的导通电流。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其光电耦合器采用低速光电耦合器OC322，其导通电流为5mA～20mA。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其程序逻辑电路采用CPLD实现。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其整形电路采用六通道施密特反相器SN74LVC14AD实现。
优选的，上述开关量信号滤波电路，其时钟电路采用石英晶体振荡器，时钟信号频率为4.096MHz。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本实用新型提供的一种开关量信号滤波电路，通过隔离滤波电路实现了开关量信号与状态采集电路的隔离，程序逻辑电路在对开关量信号进行脉宽计数的过程中对信号进行消抖处理，采用加法器、计数器和比较器对脉冲宽度进行识别，当计数器的计数次数达到设置的计数目标值，使能触发器输出有效的开关量信号；开关量信号作为计数器和触发器的复位信号，如在计数过程中变低，则计数器和触发器都将复位清零，计数器重新从零开始计数，触发器输出为低，有效滤除开关量信号中存在的低幅值和窄脉宽干扰信号，结构简单，能够有效地提高开关量信号采集的准确性和可靠性；通过改变计数目标值即可方便地对需要滤除干扰信号的脉冲宽度进行灵活配置，能够满足不同产品和环境的应用需求。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的开关量信号滤波电路的逻辑框图；
图2是本实用新型实施例提供的双通道隔离滤波电路的电路图；
图3是本实用新型实施例提供的整形电路的电路图；
图4是本实用新型实施例提供的CPLD电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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。
本实用新型所提供的一种开关量信号滤波电路，包括隔离滤波电路、整形电路、时钟电路和程序逻辑电路；
隔离滤波电路的第一端用于接收开关量信号，第二端与整形电路的第一端相连；整形电路的第二端与逻辑电路的第一端相连；逻辑电路的第二端与时钟电路相连；
隔离滤波电路用于实现开关量信号与状态采集电路的隔离，保证后端的状态采集电路工作的稳定性，不受外部信号干扰；根据开关量信号频率较低的特点，隔离滤波电路采用低速光电耦合器进行隔离，采用RC电路进行输入匹配，光电耦合器本身驱动需要一定电流，能够对干扰信号起到一定的滤除作用。
整形电路用于对隔离后的开关量信号进行整形和反相处理，将不规则的波形整形为方波；整形电路采用反相施密特触发器实现。
程序逻辑电路用于对开关量信号进行采样，并通过对开关量信号进行脉宽计数的方式滤除低幅值和窄脉冲干扰信号；时钟电路用于为高速脉冲计数提供时间基准；程序逻辑电路采用VHDL语言编写，可选用CPLD或FPGA实现。
下面通过具体的实施例对本实用新型提供的开关量信号滤波电路的结构和工作原理进行说明。
图1是本实施例提供的开关量信号滤波电路的逻辑框图；如图1所示，该开关量信号滤波电路包括隔离滤波电路、整形电路、时钟电路和CPLD电路；
隔离滤波电路的输入端用于接收开关量信号，输出端与整形电路的输入端相连；整形电路的输出端与CPLD电路的第一输入端相连；逻辑电路的第二输入端与时钟电路的输出端相连；
图2为隔离滤波电路的电路图，如图2所示，隔离滤波电路包括双通道光电耦合器、两组RC滤波电路和两个上拉电阻，可同时实现两路开关量信号的隔离和滤波；如图2所示，采用低速光电耦合器OC322作为隔离器件，低速光电耦合器OC322由GaAlAs发光二极管和NPN光敏管构成，输入电流范围为5mA～20mA，典型输入电流为10mA，输入正向压降不大于1.6V，电流传输比(CTR)不小于60％，绝缘电阻不小于10GΩ，传输速率不低于250k Bd。
以单路开关量信号KR1为例进行说明，RC滤波电路包括限流电阻R1、R2，电容C1和二极管V1；
限流电阻R1与二极管V1的正极相连，二极管V1的负极与光电耦合器输入端的发光二极管的正极相连，限流电阻R2和电容C1并联设置在二极管V1的正极与光电耦合器的发光二极管的负极之间；
外部输入的开关量信号KR1经过限流电阻R1与R2限流后输入到光电耦合器D1，通过调整限流电阻R1与R2的阻值，使得开关量信号KR1的输入电流在5mA～20mA范围内，低于该电流的开关量信号KR1信号不能使光电耦合器D1导通，被当作干扰信号滤除，起到滤除低幅值干扰信号的滤波作用。该光电耦合器D1不需外接电源，经滤波后的开关量信号hKR1由集电极输出，光电耦合器D1导通时信号输出为低，此时开关量信号为低电平有效；为保证光电耦合器D1非导通情况下输出的稳定性，通过上拉电阻R5将hKR1输出钳位在高电平。
图3为整形电路的电路图，如图3所示，整形电路采用六通道施密特反相器SN74LVC14AD，将开关量信号不规则的脉冲波形整形成为标准脉冲方波并进行反相，反相后的开关量信号为高电平有效，其输出高电平为3.3V，低电平为0V。
时钟电路采用石英晶体振荡器提供时间基准，其输出的时钟信号频率为4.096MHz。
图4为CPLD电路的电路图，如图4所示，CPLD电路包括加法器、计数器、比较器和触发器；
加法器的第一输入端B用于接收十六进制数0x0001作为计数初始值，第二输入端A与计数器的输出端Q相连，输出端与计数器的输入端D相连；计数器的控制端用于接收时钟电路输出的时钟信号，复位端CLR用于接收整形电路输出的开关量信号CKR，输出端Q与比较器的第一输入端A相连；比较器的第二输入端B用于接收十六进制数0x3000作为计数目标值，输出端与触发器的使能端ENA相连；触发器的使能端ENA也与计数器的使能端ENA相连；触发器的控制端用于接收时钟电路输出的时钟信号，复位端CLR用于接收整形电路输出的开关量信号CKR，输入端D用于接收固定值1，滤波后的开关量信号CK从输出端Q输出；
计数器和触发器均由时钟信号驱动工作，计数器用于对接收的时钟信号进行计数并将计数值分别输出给比较器和加法器，计数频率为时钟频率4.096MHz；加法器用计数初始值0x0001对计数器输出的计数值进行累加并将累加后的数值总和输入到计数器；比较器用于将计数器输出的计数值与计数目标值0x3000进行比较，当两者相等时，比较器输出为高，使能输出触发器，使触发器输出有效的高电平开关量信号CK；
开关量信号CKR作为计数器和触发器的复位信号，当其输入为高时，计数器及触发器处于工作状态；
比较器的计数目标值为0x3000，根据时间宽度＝计数目标值/时钟频率进行计算，在4.096MHz时钟频率下计数器计满一次的时间为3ms，小于3ms的脉冲宽度信号均被认为是干扰信号；
当计数到16进制数0x3000、时间宽度达到3ms时，比较器输出为高，使能输出触发器，使输出信号CK为高；若在计数过程中开关量信号CKR变低(受干扰抖动变低，或者脉冲宽度小于3ms)，计数器和触发器都将复位清零，计数器重新从零开始计数，触发器输出为低。
因此，只有在输入的开关量信号CKR处于高电平且脉冲宽度达到3ms的情况下，触发器才能输出有效的开关量信号CK，该方法能够有效地滤除窄脉宽干扰信号。通过改变比较器的计数目标值，即可更改滤波的时间宽度，用户可根据应用场合的干扰信号的宽度设置计数目标值，以滤除不同宽度的干扰信号，满足不同产品的应用需求。
本实用新型提供的一种开关量信号滤波电路，通过隔离滤波电路实现了开关量信号与状态采集电路的隔离，程序逻辑电路在对开关量信号进行脉冲计数的过程中对信号进行消抖处理，有效滤除开关量信号中存在的低幅值和窄脉宽干扰信号，结构简单，能够有效地提高开关量信号采集的准确性和可靠性；通过改变计数目标值即可方便地对需要滤除干扰信号的脉冲宽度进行灵活配置，能够满足不同产品和环境的应用需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。