單片機數(shù)字濾波的算法

在單片機進行數(shù)據(jù)采集時，會遇到數(shù)據(jù)的隨機誤差，隨機誤差是由隨機干擾引起的，其特點是在相同條件下測量同一量時，其大小和符號會現(xiàn)無規(guī)則的變化而無法預測，但多次測量的結果符合統(tǒng)計規(guī)律。為克服隨機干擾引起的誤差，硬件上可采用濾波技術，軟件上可采用軟件算法實現(xiàn)數(shù)字濾波。濾波算法往往是系統(tǒng)測控算法的一個重要組成部分，實時性很強。

采用數(shù)字濾波算法克服隨機干擾的誤差具有以下優(yōu)點：

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

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

l 只要適當改變?yōu)V波器的濾波程序或運算，就能方便地改變其濾波特性，這對于濾除低頻干擾和隨機信號會有較大的效果。

l在單片機系統(tǒng)中常用的濾波算法有限幅濾波法、中值濾波法、算術平均濾波法、加權平均濾波法、滑動平均濾波等。

（1）限幅濾波算法

該運算的過程中將兩次相鄰的采樣相減，求出其增量，然后將增量的絕對值，與兩次采樣允許的最大差值A進行比較。A的大小由被測對象的具體情況而定，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，關鍵要選取合適的門限制A。通常這可由經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲得，必要時可通過實驗得到。

（2）中值濾波算法

該運算的過程是對某一參數(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，整個過程實際上是一個序列排序的過程。

算法的程序代碼如下：

#define N 11//定義獲得的數(shù)據(jù)個數(shù)

charfilter()

{

char value_buff[N];//定義存儲數(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，那么就需要延時或中斷

}

for(i=0;i//用冒泡法對數(shù)據(jù)進行排序，當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和采樣器不穩(wěn)定而引起的脈動干擾。若被測量值變化比較慢，采用中值濾波法效果會比較好，但如果數(shù)據(jù)變化比較快，則不宜采用此方法。