10种ADC软件滤波方法及程序

伊海

转自：亿芯工程师博客
10种AD采样的软件滤波方法
1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
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：
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
B、优点：  
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
2、中位值滤波法
A、方法：  
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
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
C、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜  
3、算术平均滤波法   
A、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算   
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  
B、优点：  
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波  
这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动
C、缺点：  
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
4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
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.(先进先出原则)  
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  
B、优点：  
对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高
适用于高频振荡的系统   
C、缺点：  
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   
5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）   
A、方法：   
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”   
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个数据的算术平均值   
N值的选取：3~14
B、优点：
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
C、缺点：   
测量速度较慢,和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
6、限幅平均滤波法  
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
每次采样到的新数据先进行限幅处理,
再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
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   
C、缺点：
比较浪费RAM
7、一阶滞后滤波法  
A、方法：  
取a=0~1   
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
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
C、缺点：  
相位滞后,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   
8、加权递推平均滤波法  
A、方法：
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  
通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。   
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
B、优点：
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   
C、缺点：  
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  
9、消抖滤波法
A、方法：
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
B、优点：
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  
C、缺点：  
对于快速变化的参数不宜   
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
10、限幅消抖滤波法
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖  
B、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
C、缺点：  

对于快速变化的参数不宜

10种软件滤波方法的示例程序

伊海

• 假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int),子程序为get_ad();
• 1、限副滤波  
  

1. /*  A值可根据实际情况调整
   
2.     value为有效值，new_value为当前采样值   
   
3.     滤波程序返回有效的实际值  */  
   
4. #define A 10  
   
5.   
   
6. char value;  
   
7.   
   
8. char filter()  
   
9. {  
   
10.    char  new_value;  
    
11.    new_value = get_ad();  
    
12.    if ( ( new_value - value> A ) || ( value - new_value> A )  
    
13.       return value;  
    
14.    return new_value;  
    
15.            
    
16. }  

复制代码

1. 2、中位值滤波法  
   
2. /*  N值可根据实际情况调整
   
3.     排序采用冒泡法*/  
   
4. #define N  11  
   
5.   
   
6. char filter()  
   
7. {  
   
8.    char value_buf[N];  
   
9.    char count,i,j,temp;  
   
10.    for ( count=0;count<N;count++)  
    
11.    {  
    
12.       value_buf[count] = get_ad();  
    
13.       delay();  
    
14.    }  
    
15.    for (j=0;j<N-1;j++)  
    
16.    {  
    
17.       for (i=0;i<N-j;i++)  
    
18.       {  
    
19.          if ( value_buf>value_buf[i+1] )  
    
20.          {  
    
21.             temp = value_buf;  
    
22.             value_buf = value_buf[i+1];   
    
23.              value_buf[i+1] = temp;  
    
24.          }  
    
25.       }  
    
26.    }  
    
27.    return value_buf[(N-1)/2];  
    
28. }      
    
29.   

复制代码

1. 3、算术平均滤波法  
   
2. /*
   
3. */  
   
4.   
   
5. #define N 12  
   
6.   
   
7. char filter()  
   
8. {  
   
9.    int  sum = 0;  
   
10.    for ( count=0;count<N;count++)  
    
11.    {  
    
12.       sum + = get_ad();  
    
13.       delay();  
    
14.    }  
    
15.    return (char)(sum/N);  
    
16. }  

复制代码

1. 3、算术平均滤波法  
   
2. /*
   
3. */  
   
4.   
   
5. #define N 12  
   
6.   
   
7. char filter()  
   
8. {  
   
9.    int  sum = 0;  
   
10.    for ( count=0;count<N;count++)  
    
11.    {  
    
12.       sum + = get_ad();  
    
13.       delay();  
    
14.    }  
    
15.    return (char)(sum/N);  
    
16. }  

复制代码

1. 5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）  
   
2. /*
   
3. */  
   
4. #define N 12  
   
5.   
   
6. char filter()  
   
7. {  
   
8.    char count,i,j;  
   
9.    char value_buf[N];  
   
10.    int  sum=0;  
    
11.    for  (count=0;count<N;count++)  
    
12.    {  
    
13.       value_buf[count] = get_ad();  
    
14.       delay();  
    
15.    }  
    
16.    for (j=0;j<N-1;j++)  
    
17.    {  
    
18.       for (i=0;i<N-j;i++)  
    
19.       {  
    
20.          if ( value_buf>value_buf[i+1] )  
    
21.          {  
    
22.             temp = value_buf;  
    
23.             value_buf = value_buf[i+1];   
    
24.              value_buf[i+1] = temp;  
    
25.          }  
    
26.       }  
    
27.    }  
    
28.    for(count=1;count<N-1;count++)  
    
29.       sum += value[count];  
    
30.    return (char)(sum/(N-2));  
    
31. }  

复制代码

1. 6、限幅平均滤波法  
   
2. /*
   
3. */   
   
4. 略 参考子程序1、3  
   
5.   
   
6. 7、一阶滞后滤波法  
   
7. /* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0~100 */  
   
8.   
   
9. #define a 50  
   
10.   
    
11. char value;  
    
12.   
    
13. char filter()  
    
14. {  
    
15.    char  new_value;  
    
16.    new_value = get_ad();  
    
17.    return (100-a)*value + a*new_value;   
    
18. }  
    
19.   

复制代码

1. 8、加权递推平均滤波法  
   
2. /* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/  
   
3.   
   
4. #define N 12  
   
5.   
   
6. char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};  
   
7. char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;  
   
8.   
   
9. char filter()  
   
10. {  
    
11.    char count;  
    
12.    char value_buf[N];  
    
13.    int  sum=0;  
    
14.    for (count=0,count<N;count++)  
    
15.    {  
    
16.       value_buf[count] = get_ad();  
    
17.       delay();  
    
18.    }  
    
19.    for (count=0,count<N;count++)  
    
20.       sum += value_buf[count]*coe[count];  
    
21.    return (char)(sum/sum_coe);  
    
22. }  

复制代码

1. 9、消抖滤波法  
   
2.   
   
3. #define N 12  
   
4.   
   
5. char filter()  
   
6. {  
   
7.    char count=0;  
   
8.    char new_value;  
   
9.    new_value = get_ad();  
   
10.    while (value !=new_value);  
    
11.    {  
    
12.       count++;  
    
13.       if (count>=N)   return new_value;  
    
14.        delay();  
    
15.       new_value = get_ad();  
    
16.    }  
    
17.    return value;      
    
18. }  

复制代码

1. 10、限幅消抖滤波法  
   
2. /*
   
3. */  
   
4. 略 参考子程序1、9  
   
5.   
   
6. 11、IIR滤波例子  
   
7.   
   
8. int  BandpassFilter4(int InputAD4)  
   
9. {  
   
10.     int  ReturnValue;   
    
11.     int  ii;  
    
12.     RESLO=0;  
    
13.     RESHI=0;  
    
14.     MACS=*PdelIn;  
    
15.     OP2=1068; //FilterCoeff4[4];  
    
16.     MACS=*(PdelIn+1);  
    
17.     OP2=8;    //FilterCoeff4[3];  
    
18.     MACS=*(PdelIn+2);  
    
19.     OP2=-2001;//FilterCoeff4[2];  
    
20.     MACS=*(PdelIn+3);  
    
21.     OP2=8;    //FilterCoeff4[1];  
    
22.     MACS=InputAD4;  
    
23.     OP2=1068; //FilterCoeff4[0];  
    
24.     MACS=*PdelOu;  
    
25.     OP2=-7190;//FilterCoeff4[8];  
    
26.     MACS=*(PdelOu+1);  
    
27.     OP2=-1973; //FilterCoeff4[7];  
    
28.     MACS=*(PdelOu+2);  
    
29.     OP2=-19578;//FilterCoeff4[6];  
    
30.     MACS=*(PdelOu+3);  
    
31.     OP2=-3047; //FilterCoeff4[5];  
    
32.     *p=RESLO;  
    
33.     *(p+1)=RESHI;  
    
34.     mytestmul<<=2;  
    
35.     ReturnValue=*(p+1);  
    
36.     for  (ii=0;ii<3;ii++)  
    
37.     {  
    
38.      DelayInput[ii]=DelayInput[ii+1];  
    
39.      DelayOutput[ii]=DelayOutput[ii+1];  
    
40.      }   
    
41.      DelayInput[3]=InputAD4;  
    
42.      DelayOutput[3]=ReturnValue;  
    
43.       
    
44.    //  if (ReturnValue<0)  
    
45.    //  {  
    
46.    //  ReturnValue=-ReturnValue;  
    
47.    //  }  
    
48.     return ReturnValue;   
    
49. }  

复制代码

还你一世界

这个技术贴赞

lucky80204

这种技术贴要顶上去啊，把楼建起来

墨奚

很好，赞赞赞、、、、、、

伊海

墨奚 发表于 2014-8-10 14:38
很好，赞赞赞、、、、、、

是我转的，只是无用武之地

墨奚

以后会有用的