AD采樣濾波方法和示例程序

1、10種AD采樣的軟件濾波方法和示例程序假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)(如果是更高位的AD可定義數(shù)據(jù)類型為int),子程序?yàn)間et_ad();1、限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法)A、方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值(設(shè)為 A)每次檢測到新值時判斷：如果本次值與上次值之差 <=A,則本次值有效如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值B、優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾C、缺點(diǎn)無法抑制那種周期性的干擾平滑度差【限副濾波】/* A值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整value為有效值，new_value為當(dāng)前采樣值濾波程序返回有效的實(shí)際值*/#defi n

2、e A 10char value;char filter()char n ew_value;n ew_value = get_ad();if ( ( new_value - value> A ) | ( value - new_value> A )retur n value;retur n n ew_value;2、中位值濾波法A、方法：連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù))把N次采樣值按大小排列取中間值為本次有效值B、優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的波動干擾對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果C、缺點(diǎn)：對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜【中位值濾波法】/* N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整排序

3、采用冒泡法*/#defi ne N 11char filter()char value_bufN;char coun t,i,j,temp;for ( coun t=0;co un t<N;co un t+)value_bufco unt = get_ad();delay();for (j=0;j<N - 1;j+)for (i=0;i<N - j;i+)if ( value_buf>value_bufi+1)temp = value_bufi;value_bufi= value_bufi+1;value_bufi+1 = temp;return value_buf(N

4、 - 1”2;3、算術(shù)平均濾波法A、方法：連續(xù)取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高N值的選取：一般流量,N=12;壓力：N=4B、優(yōu)點(diǎn)：適用于對一般具有隨機(jī)干擾的信號進(jìn)行濾波這樣信號的特點(diǎn)是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動C、缺點(diǎn)：對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速度較快的實(shí)時控制不適用比較浪費(fèi)RAM【算術(shù)平均濾波法】/*/#defi ne N 12char filter()int sum = 0;for ( coun t=0;co un t<N;co un t+)sum + = get_ad();dela

5、y();retur n (char)(sum/N);4、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法)A、方法：把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊(duì)列隊(duì)列的長度固定為N每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù)(先進(jìn)先出原則) 把隊(duì)列中的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，就可獲得新的濾波結(jié)果N值的選?。毫髁?N=12;壓力：N=4;液面,N=412;溫度,N=14B、優(yōu)點(diǎn)：對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高適用于高頻振蕩的系統(tǒng)C、缺點(diǎn)：靈敏度低對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合比較浪費(fèi)RAM【遞推平均濾波法】(又稱滑動平均濾波法)/*

6、/#defi ne N 12char value_bufN;char i=0;char filter。char count;int sum=0;value_bufi+ = get_ad();if ( i = N ) i = 0;for ( coun t=0;co un t<N,co un t+)sum = value_bufco un t;retur n (char)(sum/N);5、中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)A、方法：相當(dāng)于中位值濾波法” + 算術(shù)平均濾波法”連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值和一個最小值然后計算N - 2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值N值的選?。?14B、優(yōu)點(diǎn)：

7、融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差C、缺點(diǎn)：測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣比較浪費(fèi)RAM【中位值平均濾波法】(又稱防脈沖干擾平均濾波法)/*/#defi ne N 12char filter。char coun t,i,j;char value_bufN;int sum=0;for (co un t=0;co un t<N;co un t+)value_bufco unt = get_ad();delay();for (j=0;j<N - 1;j+) for (i=0;i<N - j;i+) if ( value_buf&

8、gt;value_bufi+1)temp = value_buf;value_buf = value_bufi+1;value_bufi+1 = temp;for(count=1;count<N - 1;count+)sum += valueco un t;return (char)(sum/(N - 2);6、限幅平均濾波法A、方法：相當(dāng)于限幅濾波法” +遞'推平均濾波法”每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理B、優(yōu)點(diǎn)：融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)_對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差C、缺點(diǎn)：比較浪費(fèi)RAM【限幅平均濾波法】/*/

9、略參考子程序1、37、一階滯后濾波法A、方法：取a=01本次濾波結(jié)果=(1 - a) *本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果B、優(yōu)點(diǎn)：對周期性干擾具有良好的抑制作用適用于波動頻率較高的場合C、缺點(diǎn)：相位滯后，靈敏度低滯后程度取決于a值大小不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號【一階滯后濾波法】/*為加快程序處理速度假定基數(shù)為100, a=0100 */#defi ne a 50char value;char filter。char n ew_value;n ew_value = get_ad();return (100 - a)*value + a*new_value;&加權(quán)遞推平均濾

10、波法A、方法：是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低B、優(yōu)點(diǎn)：適用于有較大純滯后時間常數(shù)的對象和采樣周期較短的系統(tǒng)C、缺點(diǎn)：對于純滯后時間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差【加權(quán)遞推平均濾波法】/* coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲區(qū)。*/#defi ne N 12char code coeN = 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+

11、10+11+12;char filter()char count;char value_bufN;int sum=0;for (co un t=0,co un t<N;co un t+)value_bufco unt = get_ad();delay();for (co un t=0,co un t<N;co un t+)sum += value_bufco un t*coeco un t;retur n (char)(sum/sum_coe);9、消抖濾波法A、方法：設(shè)置一個濾波計數(shù)器將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：如果采樣值=當(dāng)前有效值，則計數(shù)器清零如果采樣值 <>當(dāng)

12、前有效值，則計數(shù)器+1,并判斷計數(shù)器是否 >=上限N(溢出)如果計數(shù)器溢出，則將本次值替換當(dāng)前有效值，并清計數(shù)器B、優(yōu)點(diǎn)：對于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動或顯示器上數(shù)值抖動C、缺點(diǎn)：對于快速變化的參數(shù)不宜如果在計數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值，則會將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)【消抖濾波法】#defi ne N 12char filter。char coun t=0;char n ew_value;n ew_value = get_ad();while (value !=n ew_value);coun t+;if (co un t&g

13、t;=N) retur n n ew_value;delay();n ew_value = get_ad();retur n value;10、限幅消抖濾波法A、方法：相當(dāng)于限幅濾波法” +消抖濾波法”先限幅，后消抖B、優(yōu)點(diǎn)：繼承了 限幅”和 消抖”的優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)了消抖濾波法”中的某些缺陷，避免將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)C、缺點(diǎn)：對于快速變化的參數(shù)不宜【限幅消抖濾波法】/*/略參考子程序1、9【IIR濾波例子】int Ban dpassFilter4(i nt In putAD4)int Retur nV alue;int ii;RESLO=0;RESHI=0;MACS=*Pdel In;OP2=1068;

14、 FilterCoeff44;MACS=*(PdelI n+1);OP2=8; FilterCoeff43;MACS=*(PdelI n+2);OP2=- 2001;/FilterCoeff42;MACS=*(Pdell n+3);OP2=8; FilterCoeff41;MACS=I nputAD4;OP2=1068; /FilterCoeff40;MACS=*PdelOu;OP2=- 7190;/FilterCoeff48;MACS=*(PdelOu+1);OP2=- 1973; /FilterCoeff47;MACS=*(PdelOu+2);OP2=- 19578;/FilterCoef

15、f46;MACS=*(PdelOu+3);OP2= - 3047; /FilterCoeff45; *p=RESLO;*(p+1)=RESHI;mytestmul<<=2;ReturnValue=*(p+1);for (ii=0;ii<3;ii+)DelayI nputii=Delayl nputii+1; DelayOutputii=DelayOutputii+1; DelayI nput3=l nputAD4;DelayOutput3=ReturnValue;/ if (ReturnValue<0)/ / ReturnValue= - ReturnValue;/ r

16、eturn Retur nV alue;AD1）積分型（如TLC7135 ）積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間（脈沖寬度信號）或頻率（脈沖頻率），然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。2）逐次比較型（如 TLC0831）逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng) n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬 于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）

17、時價格便宜，但高精度（12位） 時價格很高。3）并行比較型/串并行比較型（如 TLC5510）并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash（快速）型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視 頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所 以稱為Half flash（半快速）型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級（Multistep/Subrangling ）型AD而從轉(zhuǎn)換時序角度 又可稱為流水線（Pipelined ）型AD, 現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。4）S-A（Sigma?/FONTdelta）調(diào)制型（如 AD7705 ）工-A型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。 原理上近似于積分型， 將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間（脈沖寬度）信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。 電路的數(shù)字部分 基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。5）電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一 般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)