單片機ADC的十大C語言濾波算法

一、限幅濾波法

1、方法：

根據(jù)經(jīng)驗判斷兩次采樣允許的最大偏差值（設為A）

每次檢測到新值時判斷：

a. 如果本次值與上次值之差<=A，則本次值有效 b. 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

2、優(yōu)點：

能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

3、缺點

無法抑制那種周期性的干擾

平滑度差

/* A值根據(jù)實際調(diào)，Value有效值，new_Value當前采樣值，程序返回有效的實際值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{
    char new_Value;
    new_Value = get_ad(); // 獲取采樣值
    if( abs(new_Value - Value) > A)   
        return Value;     // abs()取絕對值函數(shù)
    return new_Value;
}

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

2、優(yōu)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參數(shù)有良好的濾波效果

3、缺點：

對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜

#define N 11
char filter()
{
    char value_buf[N];
    char count, i, j, temp;
    for(count = 0; count < N; count ++) //獲取采樣值
    {
        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];
}

連續(xù)取N個采樣值進行算術平均運算

N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低

N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高

N值的選?。阂话懔髁?，N=12；壓力：N=4

2、優(yōu)點：

適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波

這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動

3、缺點：

對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速度較快的實時控制不適用

比較浪費RAM

#define N 12
char filter()
{
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += get_ad();
    } 
    return (char)(sum/N);
}

四、遞推平均濾波法

1、方法：

把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列

隊列的長度固定為N

每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù).(先進先出原則)

把隊列中的N個數(shù)據(jù)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；液面，N=4 ~ 12；溫度，N=1 ~ 4

2、優(yōu)點：

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)

3、缺點：

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重的場合

比較浪費RAM

/* A值根據(jù)實際調(diào)，Value有效值，new_Value當前采樣值，程序返回有效的實際值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{
    char new_Value;
    new_Value = get_ad(); // 獲取采樣值
    if( abs(new_Value - Value) > A)   
        return Value;     // abs()取絕對值函數(shù)
    return new_Value;
}

五、中位值平均濾波法

1、方法：

相當 于“ 中位值濾波法 ”+“算術 平均濾波法”

連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值和一個最小值

然后計算N-2個數(shù)據(jù)的算術平均值

N值的選?。?~14

2、優(yōu)點：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點

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

3、缺點：

測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣

比較浪費RAM

char filter()
{
    char count, i, j;
    char Value_buf[N];
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        Value_buf[count] = get_ad();
    } 
    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_buf[count];
    }
    return (char)(sum/(N-2));
}

六、限幅平均濾波法

1、方法：

相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進行限幅處理，

再送入隊列進行遞推平均濾波處理

2、優(yōu)點：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點

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

3、缺點：

比較浪費RAM

#define A 10
#define N 12
char value, i = 0;
char value_buf[N];
char filter()
{
    char new_value, sum = 0;
    new_value = get_ad();
    if(Abs(new_value - value) < A)  
        value_buf[i++] = new_value;
    if(i==N)  
        i=0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count];
    }
    return (char)(sum/N);
}

七、一階滯后濾波法

1、方法：

取a=0~1

本次濾波結果=（1-a）本次采樣值+a上次濾波結果

2、優(yōu)點：

對周期性干擾具有良好的抑制作用

適用于波動頻率較高的場合

3、缺點：

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

/*為加快程序處理速度，取a=0~100*/
#define a 30
char value;
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    return ((100-a)*value + a*new_value);
}

八、加權遞推平均濾波法

1、方法：

是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權

通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權取得越大。

給予新采樣值的權系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低

2、優(yōu)點：

適用于有較大純滯后時間常數(shù)的對象

和采樣周期較短的系統(tǒng)

3、缺點：

對于純滯后時間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號

不能迅速反應交易系統(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差

/* coe數(shù)組為加權系數(shù)表 */
#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];
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad();
    }
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count] * coe[count];
    } 
    return (char)(sum/sum_coe);
}

九、消抖濾波法

1、方法：

設置一個濾波計數(shù)器

將每次采樣值與當前有效值比較：

如果采樣值＝當前有效值，則計數(shù)器清零

如果采樣值>或<當前有效值，則計數(shù)器+1，并判斷計數(shù)器是否>=上限N(溢出)

如果計數(shù)器溢出，則將本次值替換當前有效值，并清計數(shù)器

2、優(yōu)點：

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開/關跳動或顯示器上數(shù)值抖動

3、缺點：

對于快速變化的參數(shù)不宜

如果在計數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值，則會將干擾值當作有效值導入交易系統(tǒng)

#define N 12
char filter()
{
    char count = 0, new_value;
    new_value = get_ad();
    while(value != new_value)
    {
        count++;
        if(count >= N) 
            return new_value;
        new_value = get_ad();
    }
    return value;
}

十、限幅消抖濾波法

1、方法：

相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

先限幅，后消抖

2、優(yōu)點：

繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點

改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷，避免將干擾值導入系統(tǒng)

3、缺點：

對于快速變化的參數(shù)不宜

#define A 10
#define N 12
char value;
char filter()
{
    char new_value, count = 0;
    new_value = get_ad();
    while(value != new_value)
    {
        if(Abs(value - new_value) < A)
        {
            count++;
            if(count >= N) 
                return new_value;
            new_value = get_ad();
        }
        return value;
    }
}

審核編輯：湯梓紅