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單片機(jī)數(shù)字濾波的算法

作者: 時(shí)間:2016-11-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
單片機(jī)主要作用是控制外圍的器件,并實(shí)現(xiàn)一定的通信和數(shù)據(jù)處理。但在某些特定場(chǎng)合,不可避免地要用到數(shù)學(xué)運(yùn)算,盡管單片機(jī)并不擅長實(shí)現(xiàn)算法和進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。下面主要是介紹如何用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。

在單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),會(huì)遇到數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差,隨機(jī)誤差是由隨機(jī)干擾引起的,其特點(diǎn)是在相同條件下測(cè)量同一量時(shí),其大小和符號(hào)會(huì)現(xiàn)無規(guī)則的變化而無法預(yù)測(cè),但多次測(cè)量的結(jié)果符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。為克服隨機(jī)干擾引起的誤差,硬件上可采用濾波技術(shù),軟件上可采用軟件算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。濾波算法往往是系統(tǒng)測(cè)控算法的一個(gè)重要組成部分,實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201611/321267.htm

采用數(shù)字濾波算法克服隨機(jī)干擾的誤差具有以下優(yōu)點(diǎn):

l數(shù)字濾波無需其他的硬件成本,只用一個(gè)計(jì)算過程,可靠性高,不存在阻抗匹配問題。尤其是數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)進(jìn)行濾波,這是模擬濾波器做不到的。

l數(shù)字濾波使用軟件算法實(shí)現(xiàn),多輸入通道可共用一個(gè)濾波程序,降低系統(tǒng)開支。

l 只要適當(dāng)改變?yōu)V波器的濾波程序或運(yùn)算,就能方便地改變其濾波特性,這對(duì)于濾除低頻干擾和隨機(jī)信號(hào)會(huì)有較大的效果。

l在單片機(jī)系統(tǒng)中常用的濾波算法有限幅濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法、滑動(dòng)平均濾波等。

(1)限幅濾波算法

該運(yùn)算的過程中將兩次相鄰的采樣相減,求出其增量,然后將增量的絕對(duì)值,與兩次采樣允許的最大差值A(chǔ)進(jìn)行比較。A的大小由被測(cè)對(duì)象的具體情況而定,如果小于或等于允許的最大差值,則本次采樣有效;否則取上次采樣值作為本次數(shù)據(jù)的樣本。

算法的程序代碼如下:

#define A//允許的最大差值

char data;//上一次的數(shù)據(jù)

char filter()

{

char datanew;//新數(shù)據(jù)變量

datanew=get_data();//獲得新數(shù)據(jù)變量

if( (datanew-data)>A||(data-datanew>A) )

return data;

else

return datanew;

}

說明:限幅濾波法主要用于處理變化較為緩慢的數(shù)據(jù),如溫度、物體的位置等。使用時(shí),關(guān)鍵要選取合適的門限制A。通常這可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得,必要時(shí)可通過實(shí)驗(yàn)得到。

(2)中值濾波算法

該運(yùn)算的過程是對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣N次(N一般為奇數(shù)),然后把N次采樣的值按從小到大排列,再取中間值作為本次采樣值,整個(gè)過程實(shí)際上是一個(gè)序列排序的過程。

算法的程序代碼如下:

#define N 11//定義獲得的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)

charfilter()

{

char value_buff[N];//定義存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組

char count,i,temp;

for(count=0;count//獲取數(shù)據(jù)

{

value_buf[count]=get_data();

delay();//如果采集數(shù)據(jù)比較慢,那么就需要延時(shí)或中斷

}

for(i=0;i//用冒泡法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,當(dāng)然最好用其他排序方法

{

if(value_buff[i]>value_buff[i+1])

{

temp=value_buff[i];

value_buff[i]=value_buff[i+1];

value_buff[i+1]=temp;

}

}

return value_buff[(N-1)/2];

}

說明:中值濾波比較適用于去掉由偶然因素引起的波動(dòng)和采樣器不穩(wěn)定而引起的脈動(dòng)干擾。若被測(cè)量值變化比較慢,采用中值濾波法效果會(huì)比較好,但如果數(shù)據(jù)變化比較快,則不宜采用此方法。


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