第六十章：講解
三樓走廊很長，兩側是一個個掛著牌子的實驗室。
微機應用研究室在走廊盡頭，門開著。
走進去，是一個大約五六十平米的大開間，靠牆擺滿了各種儀器設備：示波器、信號發生器、邏輯分析儀、穩壓電源，還有幾台陸沉沒見過的、外殼更大的機器。
房間中央是幾張拼起來的大實驗桌，上面凌亂地攤著電路板、晶片、連接線、電烙鐵、萬用表，還有幾台和附中機房裡類似的單板機和台式計算機，但看起來更專業、更陳舊。
空氣里那股松香和金屬的味道更濃了。
房間裡已經有五六個人，有和王研究員年齡相仿的，也有更年輕些的，穿著白大褂或深色工裝，此刻都停下了手頭的工作，好奇地望過來。
當他們的目光落在明顯小一大截的陸沉身上時，臉上都露出了驚訝、探究、甚至有些懷疑的神色。
「主任，附中的張老師和同學們來了。」王研究員對一位站在實驗桌旁、頭髮花白、氣質儒雅的老者說道。
老者轉過身，笑容和藹，目光溫和地掃過幾人，尤其在陸沉身上多停留了一瞬：「歡迎歡迎！我是研究室的主任，姓李。早就聽小王說附中出了個小天才，今天總算見到了。這幾位同學也歡迎。」
「李主任好。」張老師帶著學生們問好。
簡單的寒暄後，李主任對王研究員點點頭。
王研究員會意，走到實驗桌前，拿起一塊巴掌大小、綠色、上面焊滿了密密麻麻晶片和元件的電路板。
「同學們，這就是我們目前正在攻關的，基於Z80處理器的工業數據採集板原型。」王研究員將板子稍微展示了一下，「它的任務，是對多路模擬信號，比如溫度、壓力、電壓，進行定時採集、處理，然後通過這個串口上傳給上位機。聽起來簡單，但要做到穩定、準確、實時，尤其是在工業現場干擾嚴重的環境下，挑戰不小。」
吳濤和周倩湊近了些，好奇地看著那塊複雜的電路板。
陸沉也凝神看去，目光迅速掃過板上的主要晶片：Z80 CPU、EPROM、RAM、多路AD轉換晶片、串口晶片、地址解碼邏輯……布局和走線，與他紙上設計的簡化模型大體吻合，但更複雜，多了許多濾波、保護、驅動電路。
「我們遇到的核心難題，主要是兩個。」王研究員繼續介紹，語氣變得嚴肅起來，「一是如何在有限的CPU時間和內存資源下，完成多通道數據的實時採集和初步數字濾波，保證不丟數，響應及時。二是如何有效抑制現場的工頻干擾，提高信號信噪比。我們嘗試了幾種濾波算法，要麼計算量太大，實時性保證不了；要麼效果不理想，干擾濾不乾淨。」
他頓了頓，目光看向陸沉，語氣帶上了幾分考較和期待：「陸沉同學，我聽張老師轉達了你的思路，特別是關於改進型遞推平均濾波結合限幅，以及簡化自適應陷波的想法，很有啟發性。你能……結合這塊實際的板子，再具體說說你的設想嗎？比如，如果讓你來安排這個板子上的軟體任務，你會怎麼分配時間和資源？你的那個濾波算法，具體參數怎麼定？怎麼保證在Z80上高效運行？」
問題很具體，很直接，直指核心。
房間裡所有人的目光都集中在了陸沉身上。
張老師有些緊張地看著他。
吳濤和周倩也好奇地等待這個小天才如何回答。
陸沉沒有立刻回答。
他先走近實驗桌，更仔細地看了看那塊數據採集板，又看了看旁邊示波器上正在顯示的、帶有明顯50Hz工頻紋波的模擬信號波形。
然後，他轉過身，面向王研究員和李主任，聲音清晰，語速平穩：
「王老師，李主任，我的想法是基於幾個前提。第一，明確係統最核心的實時性要求是定時採集不丟點，初步處理不掉隊，上傳可以稍有緩衝。第二，Z80的資源必須極致利用，避免任何不必要的計算和內存訪問。」
他走到旁邊一塊白板前（上面還殘留著一些電路公式），拿起筆，開始邊畫邊說。
「任務調度，我認為可以基於一個簡單的、非搶占式的優先級循環。最高優先級給定時器中斷，嚴格定時觸發AD轉換。轉換完成中斷優先級次之，負責讀取AD結果，存入雙緩衝隊列。主循環以較低優先級運行，從隊列取數，進行遞推平均濾波和限幅判斷。濾波窗口大小可以根據信號變化率和噪聲水平預先測定，比如取8點或16點，用移位代替除法，提高速度。限幅閾值根據信號正常波動範圍設定。」
他在白板上畫出任務框圖和數據流，標註優先級和緩衝隊列。
「針對工頻干擾，完整的自適應陷波在Z80上負擔太重。我設想在系統初始化時，根據預設的工頻（50Hz），計算出一個固定的陷波器係數，燒錄在EPROM里。實際運行時，直接調用這個固定係數的濾波環節。雖然無法跟蹤工頻微小波動，但能抑制大部分固定頻率干擾。可以將這個固定陷波作為可選環節，根據現場干擾情況由上位機配置是否啟用。」
他又畫了簡單的濾波器結構示意圖。
「內存方面，雙緩衝隊列的大小、濾波窗口大小、中間變量，都用字節或整型，避免浮點。關鍵的時間敏感代碼，考慮用Z80彙編手寫優化。看門狗定時器必須啟用，防止程序跑飛。」
他講得條理分明，邏輯清晰，每一個設計選擇都給出了理由和約束條件。
沒有高深的理論堆砌，全是緊扣Z80能力和實際問題的務實考量。
他甚至在白板上寫了幾行關鍵的偽代碼，展示如何用移位和加法實現快速的遞推平均。
房間裡很安靜，只有陸沉清朗的聲音和筆尖划過白板的沙沙聲。
王研究員從一開始的考較，漸漸變成了凝神傾聽，不時微微點頭。
李主任雙手抱胸，目光隨著陸沉的筆尖移動，眼中露出思索。
其他幾位研究人員也收起了最初的懷疑，有的湊近看白板，有的小聲交換著眼神。
張老師懸著的心慢慢放了下來，臉上露出欣慰的笑容。
吳濤和周倩雖然對具體技術細節不太懂，但也能感受到陸沉表述的清晰和自信，眼中充滿了驚嘆。
微機應用研究室在走廊盡頭，門開著。
走進去，是一個大約五六十平米的大開間，靠牆擺滿了各種儀器設備：示波器、信號發生器、邏輯分析儀、穩壓電源，還有幾台陸沉沒見過的、外殼更大的機器。
房間中央是幾張拼起來的大實驗桌，上面凌亂地攤著電路板、晶片、連接線、電烙鐵、萬用表，還有幾台和附中機房裡類似的單板機和台式計算機，但看起來更專業、更陳舊。
空氣里那股松香和金屬的味道更濃了。
房間裡已經有五六個人，有和王研究員年齡相仿的，也有更年輕些的，穿著白大褂或深色工裝，此刻都停下了手頭的工作，好奇地望過來。
當他們的目光落在明顯小一大截的陸沉身上時，臉上都露出了驚訝、探究、甚至有些懷疑的神色。
「主任，附中的張老師和同學們來了。」王研究員對一位站在實驗桌旁、頭髮花白、氣質儒雅的老者說道。
老者轉過身，笑容和藹，目光溫和地掃過幾人，尤其在陸沉身上多停留了一瞬：「歡迎歡迎！我是研究室的主任，姓李。早就聽小王說附中出了個小天才，今天總算見到了。這幾位同學也歡迎。」
「李主任好。」張老師帶著學生們問好。
簡單的寒暄後，李主任對王研究員點點頭。
王研究員會意，走到實驗桌前，拿起一塊巴掌大小、綠色、上面焊滿了密密麻麻晶片和元件的電路板。
「同學們，這就是我們目前正在攻關的，基於Z80處理器的工業數據採集板原型。」王研究員將板子稍微展示了一下，「它的任務，是對多路模擬信號，比如溫度、壓力、電壓，進行定時採集、處理，然後通過這個串口上傳給上位機。聽起來簡單，但要做到穩定、準確、實時，尤其是在工業現場干擾嚴重的環境下，挑戰不小。」
吳濤和周倩湊近了些，好奇地看著那塊複雜的電路板。
陸沉也凝神看去，目光迅速掃過板上的主要晶片：Z80 CPU、EPROM、RAM、多路AD轉換晶片、串口晶片、地址解碼邏輯……布局和走線，與他紙上設計的簡化模型大體吻合，但更複雜，多了許多濾波、保護、驅動電路。
「我們遇到的核心難題，主要是兩個。」王研究員繼續介紹，語氣變得嚴肅起來，「一是如何在有限的CPU時間和內存資源下，完成多通道數據的實時採集和初步數字濾波，保證不丟數，響應及時。二是如何有效抑制現場的工頻干擾，提高信號信噪比。我們嘗試了幾種濾波算法，要麼計算量太大，實時性保證不了；要麼效果不理想，干擾濾不乾淨。」
他頓了頓，目光看向陸沉，語氣帶上了幾分考較和期待：「陸沉同學，我聽張老師轉達了你的思路，特別是關於改進型遞推平均濾波結合限幅，以及簡化自適應陷波的想法，很有啟發性。你能……結合這塊實際的板子，再具體說說你的設想嗎？比如，如果讓你來安排這個板子上的軟體任務，你會怎麼分配時間和資源？你的那個濾波算法，具體參數怎麼定？怎麼保證在Z80上高效運行？」
問題很具體，很直接，直指核心。
房間裡所有人的目光都集中在了陸沉身上。
張老師有些緊張地看著他。
吳濤和周倩也好奇地等待這個小天才如何回答。
陸沉沒有立刻回答。
他先走近實驗桌，更仔細地看了看那塊數據採集板，又看了看旁邊示波器上正在顯示的、帶有明顯50Hz工頻紋波的模擬信號波形。
然後，他轉過身，面向王研究員和李主任，聲音清晰，語速平穩：
「王老師，李主任，我的想法是基於幾個前提。第一，明確係統最核心的實時性要求是定時採集不丟點，初步處理不掉隊，上傳可以稍有緩衝。第二，Z80的資源必須極致利用，避免任何不必要的計算和內存訪問。」
他走到旁邊一塊白板前（上面還殘留著一些電路公式），拿起筆，開始邊畫邊說。
「任務調度，我認為可以基於一個簡單的、非搶占式的優先級循環。最高優先級給定時器中斷，嚴格定時觸發AD轉換。轉換完成中斷優先級次之，負責讀取AD結果，存入雙緩衝隊列。主循環以較低優先級運行，從隊列取數，進行遞推平均濾波和限幅判斷。濾波窗口大小可以根據信號變化率和噪聲水平預先測定，比如取8點或16點，用移位代替除法，提高速度。限幅閾值根據信號正常波動範圍設定。」
他在白板上畫出任務框圖和數據流，標註優先級和緩衝隊列。
「針對工頻干擾，完整的自適應陷波在Z80上負擔太重。我設想在系統初始化時，根據預設的工頻（50Hz），計算出一個固定的陷波器係數，燒錄在EPROM里。實際運行時，直接調用這個固定係數的濾波環節。雖然無法跟蹤工頻微小波動，但能抑制大部分固定頻率干擾。可以將這個固定陷波作為可選環節，根據現場干擾情況由上位機配置是否啟用。」
他又畫了簡單的濾波器結構示意圖。
「內存方面，雙緩衝隊列的大小、濾波窗口大小、中間變量，都用字節或整型，避免浮點。關鍵的時間敏感代碼，考慮用Z80彙編手寫優化。看門狗定時器必須啟用，防止程序跑飛。」
他講得條理分明，邏輯清晰，每一個設計選擇都給出了理由和約束條件。
沒有高深的理論堆砌，全是緊扣Z80能力和實際問題的務實考量。
他甚至在白板上寫了幾行關鍵的偽代碼，展示如何用移位和加法實現快速的遞推平均。
房間裡很安靜，只有陸沉清朗的聲音和筆尖划過白板的沙沙聲。
王研究員從一開始的考較，漸漸變成了凝神傾聽，不時微微點頭。
李主任雙手抱胸，目光隨著陸沉的筆尖移動，眼中露出思索。
其他幾位研究人員也收起了最初的懷疑，有的湊近看白板，有的小聲交換著眼神。
張老師懸著的心慢慢放了下來，臉上露出欣慰的笑容。
吳濤和周倩雖然對具體技術細節不太懂，但也能感受到陸沉表述的清晰和自信，眼中充滿了驚嘆。