嵌入式开发中adc是很常用的一个外设了,它常常用于将模拟量的信号转化为数字量,再用于MCU中进行其他的逻辑处理,所以对于采集的信号就要求稳定和准确。
用过adc的朋友都知道,adc采集到数据不仅取决于adc本身,还跟输入的信号有关有关。输入的信号稳定与否、信号夹带的干扰、噪声等因素都会影响adc最终的转换结果。所以对于adc采集的数据往往要进行一些滤波处理,尽可能的消除信号中的一些误差。滤波算法在这个时候就派上很大的用场了,掌握一些常用的滤波算法是很有必要的。
下面分享一些adc中处理数据中常用的滤波算法,附代码,方便以后备用。
1.限幅滤波法
限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
/*
* description: 根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A),
* 每次检测到新值时判断:新值和旧值差值如果超过A,
* 则用旧值,否则用新值
* advantage: 能够克服因偶然因素引起的脉冲干扰
* disadvantage: 无法抑制那种周期性的干扰,平滑度差
*/
char value;
char filter()
{
char new_value;
new_value = get_ad();
if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A )
return value;
return new_value;
}
2.中位值滤波法
/*
* description: 连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列,
* 取中间值为本次有效值
* advantage: 能够有效克服偶然因素引起的波动干扰,
* 对温度、液位等变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
* disadvantage: 对流量、速度等快速变化的参数不宜
*/
char filter()
{
char value_buf[N];
char count,i,j,temp;
for ( count=0;count
{
value_buf[count] = get_ad();
}
for (j=0;j
{
for (i=0;i
{
if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )
{
temp = value_buf[i];
value_buf[i] = value_buf[i+1];
value_buf[i+1] = temp;
}
}
}
return value_buf[(N-1)/2];
}
3.算数平均滤波法
/*
* description: 连续取N个采样值进行算数平均运算,
* N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低;
* N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高;
* N值的选取:一般流量,N=12,压力:N=4
* advantage: 适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波,
* 这样的信号的特点是有一个平均值,信号在某一个数值范围附近上下波动
* disadvantage: 对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用,比较浪费ram
*/
char filter()
{
int sum = 0;
for ( count=0;count
{
sum + = get_ad();
delay();
}
return (char)(sum/N);
}
4.递推平均滤波法
/*
* description: 把连续取N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,
* 每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据(先入先出原则),
* 把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
* N值的选取:流量,N=12;压力:N=4;液面,N=4~12;温度:N=1~4
* advantage: 对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高,适用于高频震荡的系统
* disadvantage: 灵敏度低,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差,
* 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差,
* 不适用于脉冲干扰比较严重的场合,比较浪费ram
*/
char value_buf[N];
char i=0;
char filter()
{
char count;
int sum=0;
value_buf[i++] = get_ad();
if ( i == N )
{
i = 0;
}
for ( count=0;count
{
sum = value_buf[count];
}
return
(char)(sum/N);
}
5.中位值平均滤波法
/*
* description: 相当于“中位值滤波法”+“算数平均滤波法”
* 连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值,
* 然后计算N-2个数据的算数平均值,N值的选取:3~14
* advantage: 融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,
* 可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
* disadvantage: 测量速度较慢,和算数平均滤波法一样,比较浪费ram
*/
char filter()
{
char count,i,j;
char value_buf[N];
int sum=0;
for (count=0;count
{
value_buf[count] = get_ad();
delay();
}
for (j=0;j
{
for (i=0;i
{
if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )
{
temp = value_buf[i];
value_buf[i] = value_buf[i+1];
value_buf[i+1] = temp;
}
}
}
for(count=1;count
sum += value[count];
return (char)(sum/(N-2));
}
6.
一阶滞后滤波法
/*
* description: 取a=0~1,本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果
* advantage: 对周期性干扰具有良好的抑制作用,适用于波动频率较高的场合
* disadvantage: 相位之后,灵敏度低,滞后程度取决于a值大小,
* 不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
*/
/* 为加快程序处理速度假定基数为100,a=0~100 */
char value;
char filter()
{
char new_value;
new_value = get_ad();
return (100-a)*value + a*new_value;
}
7.加权递推平均滤波法
/*
* description: 是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权重,通常是,
* 越接近现在时刻的数据,权重越大。给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,
* 但信号平滑度越低
* advantage: 适用于有较大纯滞后时间常数的对象,和采样周期较短的系统
* disadvantage: 对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的
* 严重程度,滤波效果差
*/
/* coe数组为加权系数表,存在程序存储区。*/
char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};
char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
char filter()
{
char count;
char value_buf[N];
int sum=0;
for (count=0,count
{
value_buf[count] = get_ad();
}
for (count=0,count
sum += value_buf[count]*coe[count];
return (char)(sum/sum_coe);
}
8.消抖滤波法
/*
* description: 设置一个滤波计数器,将每次采样值与当前有效值比较:
* 如果采样值=当前有效值,则计数器清零,如果采样值<>当前有效值,
* 则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出),如果计数器溢出,
* 则将本次值替换当前有效值,并清计数器
* advantage: 对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或
* 显示器上数值抖动
* disadvantage: 对于快速比那花的参数不宜,如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,
* 则会将干扰值当作有效值导入系统
*/
char filter()
{
char count=0;
char new_value;
new_value = get_ad();
while (value !=new_value);
{
count++;
if (count>=N) return new_value;
delay();
new_value = get_ad();
}
return value;
}
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