常用 种软件滤波

1、随机误差是有随机干搅引起的，其特点是在相同条件下测量同一个量时，其大小和符号做无规则变化而无法预测，但多次测量结果符合统计规律。为克服随机干搅引入的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可以采用软件算法实现数字滤波，其算 法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强，采用汇编语言来编写。 采用数字滤波算法克服随机干搅引入的误差具有以下几个优点：（1）数字滤波无须硬件，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题， 尤其是数字滤波可以对 频率很高或很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。?（2）数字滤波是用软件算法实现的，多输入通道可用一个软件“滤波器”从而 降低系统开支。（3）只要适当

2、改变软件滤波器的滤波程序或运行参数，就能方便地改变其滤波 特性，这个对于低频、脉冲 干搅、随机噪声等特别有效。?常用的数字滤波器算法有程序判断法、中值判断法、算术平均值法、加权滤波 法、滑动滤波法、低通滤波法和复合滤波法。 程序判断法：?1程序判断法又称限副滤波法，其方法是把两次相邻的采样值相减，求出其增量的大小由被进行比较，Y（以绝对值表示）。然后与两次采样允许的最大差值Y测对象的具体情况而定，若小于或等于Y，则取本次采样的值；若大于Y，则取 上次采样值作为本次采样值，即 有效，ynyn?-yn-1|Y，则 有效。yn-1yn?-yn-1|Y，则 次采样的值；第n式中?yn? ）次采样的值；

3、第（n-1Yn-1 Y相邻两次采样值允许的最大偏差。设R1和R2为内部RAM单元，分别存放yn-1和yn，滤波值也存放在R2单元， 单片机指令编写的程序判断法子程序如下：付表MCS-51采用2?中值滤波法即对某一参数连续采样N次（一般N为奇数），然后把N次采 样值按从小到大排队，再取中间值作为本次采样值。设DATA为存放采样值的内存单元首地址，SAMP为存放滤波值的内存单元地址， 指令编写的中值滤波子程序如下：副表为采样值个数，用MCS-51N 算术平均值滤波算法3 次采样值进行算术平均，其数学表达式是：算术平均滤波法就是连续取N Y=yi y=1/Nyi i=1N 个采样值的算术平均值；N式

4、中?y 个采样值；第iYi设8次采样值依次存放在地址DATA开始的连续单元中，滤波结果保留在累加器 中，程序如下：副表A 加权平均滤波法4.算术平均滤波法存在前面所说的平滑和灵敏度之间的矛盾。采样次数太少，平滑效果差，次数太多，灵敏度下降，对参数的变化趋势不敏感。协调两者关系，可采用加权平均滤波，对连续N次采样值，分别乘上不同的加权系数之后再求累加和，加权系数一般先小后大，以突出后面若干采样的效果，加强系统对参数的变化趋势的辩识，各个加权系数均为小于1的小数，且满足总和等于1的约束条件，这样，加权运算之后的累加和即为有效采样值。为方便计算，可取各个加权系数均为整数， （即舍去低字节）后便是有效

5、采样值。256且总和为256，加权运算后的累加和除以设每批采样8个数据，依次存放在地址DATA开始的单元中，各加权系数是用一 指令编写的算术平均滤波程序如下：副表MCS-51ROM个表格存放在中， 滑动平均滤波法：5.以上介绍的各种平均滤波算法有一个共同点，即每取得一个有效采样值必须连续进行若干次采样，当采样速度较慢（如双积分型A/D转换）或目标参数变化较快时，系统的实时性不能保证，滑动平均滤波算法只采样一次，将这一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，得到的有效采样值即可投入使用，如果取N个采样值求平均，RAM中必须开辟N个数据的暂存区。每新采样一个数据便存入暂存区，同时去掉一个最老的数据

6、，保持这N个数据始终是最近的数据，这种数据存放方式可以用环行队列结构方便的实现。设环行队列为40H-4FH连续16个单元，RO作为 队尾指针，滤波程序如下：副表 低通滤波法：6.将普通硬件RC低通滤波器的微分方程用差分方程来表求，变可以采用软件算法 来模拟硬件滤波的功能，经推导，低通滤波算法如下： *Yn-11-a）Yn=a*Xn+（ 本次采样值?Xn式中 上次的滤波输出值；Yn-1 ；滤波系数，其值通常远小于1a 本次滤波的输出值。Yn由上式可以看出，本次滤波的输出值主要取决于上次滤波的输出值（注意不是上次的采样值，这和加权平均滤波是有本质区别的），本次采样值对滤波输出的贡献是比较小的，但多

7、少有些修正作用，这种算法便模拟了具体有教大惯性的低通滤 波器功能。滤波算法的截止频率可用以下式计算： 3.14为圆周率fL=a/2Pit?pi 滤波系数；?a式中 采样间隔时间；t 时；a=1/322次），例如：当t=0.5s（即每秒 =0.01Hz2*3.14*0.5）1/32）/（fL=（当目标参数为变化很慢的物理量时，这是很有效的。另外一方面，它不能滤除高于1/2采样频率的干搅信号，本例中采样频率为2Hz，故对1Hz以上的干搅信号 应采用其他方式滤除，低通滤波算法程序于加权平均滤波相似，但加权系数只有两个：a和1-a。为计算方便，a取一整数，1-a用256-a，来代替，计算结果舍去最低字

8、节即可，因为只有两项，a和1-a，均以立即数的形式编入程序中，不另外设表格。虽然采样值为单元字节（8位A/D）。为保证运算精度，滤波输出值用双字节表示，其中一个字节整 数，一字节小数，否则有可能因为每次舍去尾数而使输出不会变化。设Yn-1存放在30H（整数）和31H（小数）两单元中，Yn存放在32H（整数） （小数）中。滤波程序如下：副表和33H 结束语：微型计算机在仪器仪表系统中的成功应用，使传统的电子仪器以及复杂的跟踪测量装置发生了许多革命性变化。其中一个突出表现就是一个系统中包含了智能性运作。微机具有很强的分析和运算能力，智能系统可完成复杂的数据处理，智能系统采用软件硬件想结合的方法进行

9、随机误差的数字滤波和系统误差的修正，可以实 现实时修正，较准测量数据，这些都是传统仪器难以比拟的。 #include<stdio.h> #include<absacc.h> #include<intrins.h> #include<./Atmel/at89x52.h> 椣据畬敤獜畯捲?屨 main() filter_1(); filter_2(); filter_3(); filter_4(); filter_5(); filter_6(); filter_7(); filter_8(); filter_9(); filter_10(); uns

10、ignedcharget_ad(void) staticunsignedchari; returni+; voiddelay(void) unsignedchari=0; while(1) i+; if(i>20)return; 设置两次采样允许的最大偏差值#defineA10/ 上次采用后的有效值变量charvalue;?/ charfilter_1(void) 本次采样值变量char?new_value;?/ 读入本次采样值new_value=get_ad();?/ 比较是否超出最大偏差值if(new_value-value>A)|(value-new_value>A)/

11、 如果超出，返回上次的有效值作为本次的有效值return?value;/ 如果没有超出，返回本次的采样值作为本次的有效值return?new_value;/ 设置连续采样的次数#defineN11/ charfilter_2(void) 次采样值的存储变量Nchar?value_bufN;/缓存char?count,i,j,temp;/i，j是冒泡排序的下标变量，count是采样数据读入 的下标变量 是临时变量/temp 个采样值Nfor(count=0;count<N;count+)/连续读入 value_bufcount=get_ad(); delay(); 气泡排序，由小到大for

12、(j=0;j<N;j+)/ for(i=0;i<N-j;i+) if(value_bufi>value_bufi+1) temp=value_bufi; value_bufi=value_bufi+1; value_bufi+1=temp; 个采样值的中间值作为最后结果返回N将排序后returnvalue_buf(N-1)/2;/ #undefN 设置每组参与平均运算的采样值个数#defineN12/ charfilter_3() 求和变量，用于存储采样值的累加值int?sum=0;/ 采样数据读入的下标变量charcount;/ 个采样值，并累加连续读入Nfor(count

13、=0;count<N;count+)/ sum+=get_ad(); delay(); 讲累加值进行平均计算作为返回值return(char)(sum/N);/ #undefN 队列的长度FIFO设置#defineN12/ 队列变量char?value_bufN;/FIFO 队列的下标变量char?i=0;/ charfilter_4() charcount; int?sum=0; value_bufi+=get_ad(); if(i=N)?i=0; for(count=0;count<N;count+) sum+=value_bufcount; return(char)(sum/

14、N); #undefN 设置每组采样值的数量#defineN12/ charfilter_5() charcount,i,j,temp;/i，j是冒泡排序的下标变量，count是采样数据读入的 下标变量 个采样值的存储变量Ncharvalue_bufN;/缓冲 求和变量，用于存储采样值的累加值int?sum=0;/ 个采样值连续读入Nfor?(count=0;count<N;count+)/ value_bufcount=get_ad(); delay(); 气泡排序，由小到大for(j=0;j<N-1;j+)/ for(i=0;i<N-j;i+) if(value_bufi

15、>value_bufi+1) temp=value_bufi; value_bufi=value_bufi+1; value_bufi+1=temp; for(count=1;count<N-1;count+)sum+=value_bufcount;/去掉两端的最小和最大采样值，对中间的N-2个采 样值求和 个采样值的平均值返回中间N-2return(char)(sum/(N-2);/ #undefA #undefN 设置两次采样允许的最大偏差值#defineA10/ 设置每组参与平均运算的采样值个数#defineN12/ 上次采用后的有效值变量charvalue;?/ charf

16、ilter_6() 本次采样值变量char?new_value;?/ 求和变量，用于存储采样值的累加值int?sum=0;/ 采样数据读入的下标变量charcount;/ for(count=0;count<N;count+) 读入本次采样值new_value=get_ad();?/ 比较是否超出最大偏差值if(new_value-value>A)|(value-new_value>A)/ 如果超出，返回上次的有效值作为本次的有效值new_value=value;/ 累加采样的有效值sum+=new_value;/ value=new_value; delay(); 将累加值

17、进行平均计算作为返回值return(char)(sum/N);/ 定义加权系数#defineCOE50/ 上一个采样值变量charvalue;/ charfilter_7() 本次采样值变量char?new_value;/ new_value=get_ad(); 返回的本次滤波结果return(100-COE)*value+COE*new_value;/ #undefN 队列的长度设置FIFO#defineN12?/ 加权系数charcodecoeN=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12;/ charcodesum_coe=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;

18、 charfilter_8() 采样数据读入的下标变量charcount;/ 个采样值的存储变量Ncharvalue_bufN;/缓存 求和变量，用于存储采样值的累加值int?sum=0;/ for(count=0;count<N;count+) 读入采样值value_bufcount=get_ad();/ delay(); for(count=0;count<N;count+) 累加采样值和系数的乘积sum+=value_bufcount*coecount;/ 累加值与系数和相除作为返回结果return(char)(sum/sum_coe);/ #undefN 设置计数器溢出值#defineN12/ charfilter_9() 计数变量charcount=0;/ 本次采样值变量charnew_value;/ 读入本次采样值new_value=get_ad();/