數(shù)字濾波常用方法(帶程序)

1、 引言 在微機(jī)控制系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，一般均含有各種噪聲和干擾，他們來(lái)自被測(cè)信號(hào)源本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪聲和干擾。噪聲有2大類：一類為周期性的，其典型代表為50 Hz的工頻干擾，對(duì)于這類信號(hào)，采用積分時(shí)間等于20 ms整倍數(shù)的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其影響；另一類為非周期的不規(guī)則隨機(jī)信號(hào)，對(duì)于隨機(jī)干擾，可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，因此他實(shí)際上是一個(gè)程序?yàn)V波。 數(shù)字濾波器克服了模擬濾波器的許多不足，他與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)數(shù)字濾波器是用軟件實(shí)現(xiàn)

2、的，不需要增加硬設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，不存在阻抗匹配問(wèn)題。 (2)模擬濾波器通常是各通道專用，而數(shù)字濾波器則可多通道共享，從而降低了成本。 (3)數(shù)字濾波器可以對(duì)頻率很低(如0.01 Hz)的信號(hào)進(jìn)行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的限制，頻率不可能太低。 (4)數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。10種軟件濾波方法的示例程序(JKRL)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(cè)到新值時(shí)判斷：如果

3、本次值與上次值之差A(yù),則本次值無(wú)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(wú)法抑制那種周期性的干擾，平滑度差。 /* A值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整 value為有效值，new_value為當(dāng)前采樣值 濾波程序返回有效的實(shí)際值 */#define A 10char value;char filter() char new_value; new_value = get_ad(); if ( ( new_value - value A ) | ( value - new_value A ) return value; return new_value;

4、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(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果。 C、缺點(diǎn)：對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。 /* N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整 排序采用冒泡法*/#define N 11char filter() char value_bufN; char count,i,j,temp; for ( count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=

5、0;ivalue_bufi+1 ) temp = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; return value_buf(N-1)/2; 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?，N=12；壓力：N=4 B、優(yōu)點(diǎn)：適用于對(duì)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(duì)于測(cè)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)

6、RAM。#define N 12char filter() int sum = 0; for ( count=0;countN;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）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(zhǎng)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(lái)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=412；溫度，N=14#define N 12 char value_bu

7、fN;char i=0;char filter() char count; int sum=0; value_bufi+ = get_ad(); if ( i = N ) i = 0; for ( count=0;countN,count+) sum = value_bufcount; 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）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?。?14 B、優(yōu)點(diǎn)：融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由

8、于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。 C、缺點(diǎn)：測(cè)量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣，比較浪費(fèi)RAM。#define N 12char filter() char count,i,j; char value_bufN; int sum=0; for (count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=0;ivalue_bufi+1 ) temp = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; for(count

9、=1;countN-1;count+) sum += valuecount; return (char)(sum/(N-2);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(duì)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。/*/ 略 參考子程序1、37、一階滯后濾波法A、方法：取a=01，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(duì)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(chǎng)合。 C、缺點(diǎn)： 相

10、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)。/* 為加快程序處理速度假定基數(shù)為100，a=0100 */#define a 50char value;char filter() char new_value; new_value = get_ad(); return (100-a)*value + a*new_value; 8、加權(quán)遞推平均濾波法A、方法：是對(duì)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(duì)

11、象和采樣周期較短的系統(tǒng)。 C、缺點(diǎn)：對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長(zhǎng)，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。/* coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲(chǔ)區(qū)。*/#define N 12char code coeN = 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_bufN; int sum=0; for (count=0,countN;count+) value_bufcount = get

12、_ad(); delay(); for (count=0,countN;count+) sum += value_bufcount*coecount; return (char)(sum/sum_coe);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(duì)于變化緩慢的被測(cè)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(duì)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)。#define N 12char filter() char count=0; char new_value; new_value = get_ad(); while (value !=new_value); count+; if