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轉載——AD濾波的幾種方法

https://blog.csdn.net/tpfgfxz/article/details/9003762   感謝博主的無私分享,若不允許轉載請及時聯絡刪除。

近用mega8做一個AD轉換,一開始濾波馬馬虎虎帶過,結果資料跳的不行

最後還得做濾波:1.硬體濾波2.軟體濾波

硬體————————

取樣口到AD口之間要加濾波電路,最簡單的RC濾波也可,串個1K的電阻,下拉一個30pF的電容,有條件的可以做有源的,加個電壓跟隨。AVCC口一定要串10mH的電感,最好是扼流圈,直流電阻要小!再接100nF的電容到地。總之,這塊一定要按datasheet來做。

對了,絕對不要用內部基準!不準。

為了減小數位電路部分對AD的噪聲,兩路電路一點共地,這很重要。

軟體—————————

軟體濾波的方法很多,以下方法來自匠人!

1、限幅濾波法(又稱程式判斷濾波法)
   A、方法:
       根據經驗判斷,確定兩次取樣允許的最大偏差值(設為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、優點:
       能有效克服因偶然因素引起的脈衝干擾
   C、缺點
       無法抑制那種週期性的干擾
       平滑度差

/*A值可根據實際情況調整
   value為有效值,new_value為當前取樣值  
   濾波程式返回有效的實際值*/
#define A 10
char value;

charfilter()
{
   char new_value;
  new_value = get_ad();
   if ( ( new_value - value >A ) || ( value - new_value > A )
     return value;
   return new_value;
         
}

2、中位值濾波法
   A、方法:
       連續取樣N次(N取奇數)
       N次取樣值按大小排列
       取中間值為本次有效值
   B、優點:
       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引數有良好的濾波效果
   C、缺點:
       對流量、速度等快速變化的引數不宜

/*N值可根據實際情況調整
   排序採用冒泡法*/
#define N 11

charfilter()
{
   char value_buf[N];
  char count,i,j,temp;
   for ( count=0;count<N;count++)
   {
     value_buf[count] = get_ad();
     delay();
   }
   for (j=0;j<N-1;j++)
   {
      for(i=0;i<N-j;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、算術平均濾波法
   A、方法:
       連續取N個取樣值進行算術平均運算
       N值較大時:訊號平滑度較高,但靈敏度較低
       N值較小時:訊號平滑度較低,但靈敏度較高
       N值的選取:一般流量,N=12;壓力:N=4
    B、優點:
       適用於對一般具有隨機干擾的訊號進行濾波
       這樣訊號的特點是有一個平均值,訊號在某一數值範圍附近上下波動
   C、缺點:
       對於測量速度較慢或要求資料計算速度較快的實時控制不適用
       比較浪費RAM

#defineN 12

charfilter()
{
   int sum = 0;
   for (count=0;count<N;count++)
   {
     sum + = get_ad();
      delay();
  }
   return (char)(sum/N);
}
        
4、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法)
   A、方法:
       把連續取N個取樣值看成一個佇列
       佇列的長度固定為N
       每次取樣到一個新資料放入隊尾,並扔掉原來隊首的一次資料.(先進先出原則)
       把佇列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果
       N值的選取:流量,N=12;壓力:N=4;液麵,N=4~12;溫度,N=1~4
    B、優點:
       對週期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高
       適用於高頻振盪的系統    
   C、缺點:
       靈敏度低
       對偶然出現的脈衝性干擾的抑制作用較差
       不易消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差
       不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合
       比較浪費RAM

#defineN 12

charvalue_buf[N];
char i=0;

charfilter()
{
   char count;
   intsum=0;
   value_buf[i++] = get_ad();
  if ( i == N )   i = 0;
   for (count=0;count<N,count++)
      sum =value_buf[count];
   return (char)(sum/N);
}

5、中位值平均濾波法(又稱防脈衝干擾平均濾波法)
   A、方法:
       相當於“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”
       連續取樣N個數據,去掉一個最大值和一個最小值
       然後計算N-2個數據的算術平均值
       N值的選取:3~14
    B、優點:
       融合了兩種濾波法的優點
       對於偶然出現的脈衝性干擾,可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差
   C、缺點:
       測量速度較慢,和算術平均濾波法一樣
       比較浪費RAM

#defineN 12

charfilter()
{
   char count,i,j;
   charvalue_buf[N];
   int sum=0;
   for(count=0;count<N;count++)
   {
     value_buf[count] = get_ad();
     delay();
   }
   for (j=0;j<N-1;j++)
   {
      for(i=0;i<N-j;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<N-1;count++)
     sum += value[count];
   return (char)(sum/(N-2));
}

6、限幅平均濾波法
   A、方法:
       相當於“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”
       每次取樣到的新資料先進行限幅處理,
       再送入佇列進行遞推平均濾波處理
   B、優點:
       融合了兩種濾波法的優點
       對於偶然出現的脈衝性干擾,可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差
   C、缺點:
       比較浪費RAM

/*
*/  
略參考子程式13

7、一階滯後濾波法
   A、方法:
       a=0~1
       本次濾波結果=1-a*本次取樣值+a*上次濾波結果
   B、優點:
       對週期性干擾具有良好的抑制作用
       適用於波動頻率較高的場合
   C、缺點:
       相位滯後,靈敏度低
       滯後程度取決於a值大小
       不能消除濾波頻率高於取樣頻率的1/2的干擾訊號

/*為加快程式處理速度假定基數為100a=0~100*/

#definea 50
char value;

charfilter()
{
   char new_value;
  new_value = get_ad();
   return (100-a)*value +a*new_value;
}

8、加權遞推平均濾波法
   A、方法:
       是對遞推平均濾波法的改進,即不同時刻的資料加以不同的權
       通常是,越接近現時刻的資料,權取得越大。
       給予新取樣值的權係數越大,則靈敏度越高,但訊號平滑度越低
   B、優點:
       適用於有較大純滯後時間常數的物件
       和取樣週期較短的系統
   C、缺點:
       對於純滯後時間常數較小,取樣週期較長,變化緩慢的訊號
       不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度,濾波效果差

/*coe陣列為加權係數表,存在程式儲存區。*/

#defineN 12

charcode 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;

charfilter()
{
   char count;
   charvalue_buf[N];
   int sum=0;
   for(count=0,count<N;count++)
   {
     value_buf[count] = get_ad();
     delay();
   }
   for(count=0,count<N;count++)
      sum+= value_buf[count]*coe[count];
   return(char)(sum/sum_coe);
}

9、消抖濾波法
   A、方法:
       設定一個濾波計數器
       將每次取樣值與當前有效值比較:
       如果取樣值=當前有效值,則計數器清零
       如果取樣值<>當前有效值,則計數器+1,並判斷計數器是否>=上限N(溢位)
           如果計數器溢位,則將本次值替換當前有效值,並清計數器
   B、優點:
       對於變化緩慢的被測引數有較好的濾波效果,
       可避免在臨界值附近控制器的反覆開/關跳動或顯示器上數值抖動
   C、缺點:
       對於快速變化的引數不宜
       如果在計數器溢位的那一次取樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值匯入系統

#defineN 12

charfilter()
{
   char count=0;
   charnew_value;
   new_value = get_ad();
  while (value !=new_value);
   {
     count++;
      if (count>=N)  return new_value;
       delay();
      new_value = get_ad();
  }
   return value;    
}

10、限幅消抖濾波法
   A、方法:
       相當於“限幅濾波法”+“消抖濾波法”
       先限幅,後消抖
   B、優點:
       繼承了“限幅”和“消抖”的優點
       改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值匯入系統
   C、缺點:
       對於快速變化的引數不宜