三楼走廊很长,两侧是一个个掛著牌子的实验室。
微机应用研究室在走廊尽头,门开著。
走进去,是一个大约五六十平米的大开间,靠墙摆满了各种仪器设备:示波器、信號发生器、逻辑分析仪、稳压电源,还有几台陆沉没见过的、外壳更大的机器。
房间中央是几张拼起来的大实验桌,上面凌乱地摊著电路板、晶片、连接线、电烙铁、万用表,还有几台和附中机房里类似的单板机和台式计算机,但看起来更专业、更陈旧。
空气里那股松香和金属的味道更浓了。
房间里已经有五六个人,有和王研究员年龄相仿的,也有更年轻些的,穿著白大褂或深色工装,此刻都停下了手头的工作,好奇地望过来。
当他们的目光落在明显小一大截的陆沉身上时,脸上都露出了惊讶、探究、甚至有些怀疑的神色。
“主任,附中的张老师和同学们来了。”王研究员对一位站在实验桌旁、头髮花白、气质儒雅的老者说道。
老者转过身,笑容和蔼,目光温和地扫过几人,尤其在陆沉身上多停留了一瞬:“欢迎欢迎!我是研究室的主任,姓李。早就听小王说附中出了个小天才,今天总算见到了。这几位同学也欢迎。”
“李主任好。”张老师带著学生们问好。
简单的寒暄后,李主任对王研究员点点头。
王研究员会意,走到实验桌前,拿起一块巴掌大小、绿色、上面焊满了密密麻麻晶片和元件的电路板。
“同学们,这就是我们目前正在攻关的,基於z80处理器的工业数据採集板原型。”王研究员將板子稍微展示了一下,“它的任务,是对多路模擬信號,比如温度、压力、电压,进行定时採集、处理,然后通过这个串口上传给上位机。听起来简单,但要做到稳定、准確、实时,尤其是在工业现场干扰严重的环境下,挑战不小。”
吴涛和周倩凑近了些,好奇地看著那块复杂的电路板。
陆沉也凝神看去,目光迅速扫过板上的主要晶片:z80 cpu、eprom、ram、多路ad转换晶片、串口晶片、地址解码逻辑……布局和走线,与他纸上设计的简化模型大体吻合,但更复杂,多了许多滤波、保护、驱动电路。
“我们遇到的核心难题,主要是两个。”王研究员继续介绍,语气变得严肃起来,“一是如何在有限的cpu时间和內存资源下,完成多通道数据的实时採集和初步数字滤波,保证不丟数,响应及时。二是如何有效抑制现场的工频干扰,提高信號信噪比。我们尝试了几种滤波算法,要么计算量太大,实时性保证不了;要么效果不理想,干扰滤不乾净。”
他顿了顿,目光看向陆沉,语气带上了几分考较和期待:“陆沉同学,我听张老师转达了你的思路,特別是关於改进型递推平均滤波结合限幅,以及简化自適应陷波的想法,很有启发性。你能……结合这块实际的板子,再具体说说你的设想吗?比如,如果让你来安排这个板子上的软体任务,你会怎么分配时间和资源?你的那个滤波算法,具体参数怎么定?怎么保证在z80上高效运行?”
问题很具体,很直接,直指核心。
房间里所有人的目光都集中在了陆沉身上。
张老师有些紧张地看著他。
吴涛和周倩也好奇地等待这个小天才如何回答。
陆沉没有立刻回答。
他先走近实验桌,更仔细地看了看那块数据採集板,又看了看旁边示波器上正在显示的、带有明显50hz工频纹波的模擬信號波形。
然后,他转过身,面向王研究员和李主任,声音清晰,语速平稳:
“王老师,李主任,我的想法是基於几个前提。第一,明確係统最核心的实时性要求是定时採集不丟点,初步处理不掉队,上传可以稍有缓衝。第二,z80的资源必须极致利用,避免任何不必要的计算和內存访问。”
他走到旁边一块白板前(上面还残留著一些电路公式),拿起笔,开始边画边说。
“任务调度,我认为可以基於一个简单的、非抢占式的优先级循环。最高优先级给定时器中断,严格定时触发ad转换。转换完成中断优先级次之,负责读取ad结果,存入双缓衝队列。主循环以较低优先级运行,从队列取数,进行递推平均滤波和限幅判断。滤波窗口大小可以根据信號变化率和噪声水平预先测定,比如取8点或16点,用移位代替除法,提高速度。限幅閾值根据信號正常波动范围设定。”
他在白板上画出任务框图和数据流,標註优先级和缓衝队列。
“针对工频干扰,完整的自適应陷波在z80上负担太重。我设想在系统初始化时,根据预设的工频(50hz),计算出一个固定的陷波器係数,烧录在eprom里。实际运行时,直接调用这个固定係数的滤波环节。虽然无法跟踪工频微小波动,但能抑制大部分固定频率干扰。可以將这个固定陷波作为可选环节,根据现场干扰情况由上位机配置是否启用。”
他又画了简单的滤波器结构示意图。
“內存方面,双缓衝队列的大小、滤波窗口大小、中间变量,都用字节或整型,避免浮点。关键的时间敏感代码,考虑用z80汇编手写优化。看门狗定时器必须启用,防止程序跑飞。”
他讲得条理分明,逻辑清晰,每一个设计选择都给出了理由和约束条件。
没有高深的理论堆砌,全是紧扣z80能力和实际问题的务实考量。
他甚至在白板上写了几行关键的偽代码,展示如何用移位和加法实现快速的递推平均。
房间里很安静,只有陆沉清朗的声音和笔尖划过白板的沙沙声。
王研究员从一开始的考较,渐渐变成了凝神倾听,不时微微点头。
李主任双手抱胸,目光隨著陆沉的笔尖移动,眼中露出思索。
其他几位研究人员也收起了最初的怀疑,有的凑近看白板,有的小声交换著眼神。
张老师悬著的心慢慢放了下来,脸上露出欣慰的笑容。
吴涛和周倩虽然对具体技术细节不太懂,但也能感受到陆沉表述的清晰和自信,眼中充满了惊嘆。
第六十章:讲解
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