A/D芯片的采集算法

理論上講單片機(jī)從A/D芯片上采集的信號(hào)就是需要的量化信號(hào)，但是由于存在電路的相互干擾、電源噪聲干擾和電磁干擾，在A/D芯片的模擬輸入信號(hào)上會(huì)疊加周期或者非周期的干擾信號(hào)，并會(huì)被附加到量化值中，給信號(hào)帶來一定的惡化?？紤]到數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和安全性，有時(shí)需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟處理，一盡量減小干擾信號(hào)的影響，這一過程稱為數(shù)據(jù)采集濾波。

以下介紹十種數(shù)據(jù)采集濾波的方法和編程實(shí)例。這10種方法針對不同的噪聲和采樣信號(hào)具有不同的性能，為不同場合的應(yīng)用提供了較廣的選擇空間。選擇這些方法時(shí)，必須了解電路種存在的主要噪聲類型，主要包括一下方面：

* 噪聲是突發(fā)隨機(jī)噪聲還是周期性噪聲

* 噪聲頻率的高低

* 采樣信號(hào)的類型是塊變信號(hào)還是慢變信號(hào)

* 另外還要考慮系統(tǒng)可供使用的資源等

通過對噪聲和采樣性能分析，選用最合適的方法以及確定合理的參數(shù)，才能達(dá)到良好的效果。

目前用于數(shù)據(jù)采集濾波的主要方法有以下10種，這10種方法都是在時(shí)域上進(jìn)行處理的，相對于從頻域角度設(shè)計(jì)的IIR或者FIR濾波器，其實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)算量小，而性能可以滿足絕大部分的場合的應(yīng)用要求

1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）

A、方法：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A）

每次檢測到新值時(shí)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(yōu)點(diǎn)：

能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

C、缺點(diǎn)

無法抑制那種周期性的干擾

平滑度差



2、中位值濾波法

A、方法：

連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)）

把N次采樣值按大小排列

取中間值為本次有效值

B、優(yōu)點(diǎn)：

能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾

對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果

C、缺點(diǎn)：

對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜

3、算術(shù)平均濾波法

A、方法：

連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算

N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低

N值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高

N值的選?。阂话懔髁浚琋=12；壓力：N=4

B、優(yōu)點(diǎn)：

適用于對一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波

這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)

C、缺點(diǎn)：

對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用

比較浪費(fèi)RAM



4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）

A、方法：

把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列

隊(duì)列的長度固定為N

每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則)

把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果

N值的選?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4

B、優(yōu)點(diǎn)：

對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高

適用于高頻振蕩的系統(tǒng)

C、缺點(diǎn)：

靈敏度低

對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差

不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合

比較浪費(fèi)RAM



5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

A、方法：

相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”

連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值

然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值

N值的選取：3~14

B、優(yōu)點(diǎn)：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

C、缺點(diǎn)：

測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣

比較浪費(fèi)RAM



6、限幅平均濾波法

A、方法：

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，

再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理

B、優(yōu)點(diǎn)：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

C、缺點(diǎn)：

比較浪費(fèi)RAM

7、一階滯后濾波法

A、方法：

取a=0~1

本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果

B、優(yōu)點(diǎn)：

對周期性干擾具有良好的抑制作用

適用于波動(dòng)頻率較高的場合

C、缺點(diǎn)：

相位滯后，靈敏度低

滯后程度取決于a值大小

不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)



8、加權(quán)遞推平均濾波法

A、方法：

是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)

通常是，越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。

給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號(hào)平滑度越低

B、優(yōu)點(diǎn)：

適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對象

和采樣周期較短的系統(tǒng)

C、缺點(diǎn)：

對于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號(hào)

不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差

9、消抖濾波法

A、方法：

設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器

將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：

如果采樣值＝當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零

如果采樣值<>當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器+1，并判斷計(jì)數(shù)器是否>=上限N(溢出)

如果計(jì)數(shù)器溢出,則將本次值替換當(dāng)前有效值,并清計(jì)數(shù)器

B、優(yōu)點(diǎn)：

對于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果,

可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)

C、缺點(diǎn)：

對于快速變化的參數(shù)不宜

如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系

統(tǒng)

10、限幅消抖濾波法

A、方法：

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

先限幅,后消抖

B、優(yōu)點(diǎn)：

繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)

C、缺點(diǎn)：

對于快速變化的參數(shù)不宜





假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)（如果是更高位的AD可定義數(shù)據(jù)類型為int),子程序?yàn)間et_ad();

1、限副濾波



#define A 10

char value;

char filter()

{

charnew_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



#define N11

char filter()

{

char value_buf[N];

char count,i,j,temp;

for ( count=0;count

{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

}

for (j=0;j

{

for (i=0;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(shù)平均濾波法

#define N 12

char filter()

{

intsum = 0;

for ( count=0;count

{

sum + = get_ad();

delay();

}

return (char)(sum/N);

}

4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）



#define N 12

char value_buf[N];

char i=0;

char filter()

{

char count;

intsum=0;

value_buf[i++] = get_ad();

if ( i == N ) i = 0;

for ( count=0;count

sum = value_buf[count];

return (char)(sum/N);

}

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）



#define N 12

char filter()

{

char count,i,j;

char value_buf[N];

intsum=0;

for(count=0;count

{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

}

for (j=0;j

{

for (i=0;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

sum += value[count];

return (char)(sum/(N-2));

}

6、限幅平均濾波法



略 參考子程序1、3

7、一階滯后濾波法

#define a 50

char value;

char filter()

{

charnew_value;

new_value = get_ad();

return (100-a)*value + a*new_value;

}

8、加權(quán)遞推平均濾波法

#define N 12

char code 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;

char filter()

{

char count;

char value_buf[N];

intsum=0;

for (count=0,count

{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

}

for (count=0,count

sum += value_buf[count]*coe[count];

return (char)(sum/sum_coe);

}

9、消抖濾波法

#define N 12

char filter()

{

char count=0;

char new_value;

new_value = get_ad();

while (value !=new_value);

{

count++;

if (count>=N) return new_value;

delay();

new_value = get_ad();

}

return value;

}


原文標(biāo)題：AD采集算法

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