数字低通滤波器.doc

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1、摘要:针对单片机数据采集系统中经常出现的随机干扰，通过手动输入来模拟数据采集过程，验证了几种使用较为普遍的克服随机干扰的单片机数字滤波算法，并给出了相应的C程序，尤其对中位值滤波和中位值平均滤波算法程序进行了改进。同时也对这几种滤波算法进行了比较，并指出了每一种算法的具体适用范围和注意事项。关键词:单片机；数据采集系统；随机干扰；数字滤波；算法中图分类号：TP368.1文章标识码：AStudyofDigitalFilteringAlgorithminMicrocontrollerDataAcquisitionSystemZHAOGuangfu1，FANGJiaj

2、uan1，ZHANGYoushun2（1.ZhengzhouTechnicalCollege，Zhengzhou450121,China；2.CollegeofInformationEngineering，ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450051，China）Abstract：AimingattherandominterruptionsthatusuallyappearsinMicrocontrollerDataAcquisitionSystem,thisarticleverifiedseveralalgorithmsofdigita

3、lfilterandCprogramtoinhibittherandominterruptionsbymanualinputtosimulatedatacollectionprocess,especiallyimprovedthealgorithmprogramoftheaveragecenter-positionvaluesandmiddlevaluefilter.Comparisonamongtheseveralalgorithmsandapplicationfieldwerealsomentioned.Keywords：mcu；DataAcquisition

4、System；randominterruption；digitalfilter；Algorithm0引言在单片机的数据采集系统中，测量通道串入随机干扰是难免的，从而使A/D转换送入单片机的数据存在误差，这种因随机干扰产生的误差称为随机误差。随机误差虽然无法预测，但多次测量结果是符合统计规律的。为克服随机干扰产生的误差，可以采用硬件抗干扰的方法，也可以采用按统计规律用软件方法实现，即采用数字滤波的方法来抑制有效信号中的干扰成分，从而消除随机误差。1常用的数字滤波算法及实现在单片机的数据采集系统中，常用的数字滤波算法有限幅滤波、中位值滤波、算术平均滤波、移动平均滤波、

5、加权平均滤波、低通滤波、中位值平均滤波等。以下就分别介绍其原理及滤波程序。1.1限幅滤波限幅滤波的基本原理是把两次相邻时刻（n和n-1）的采样值Yn和Yn-1相减，求出其差值，以绝对值表示，然后将这个差值与两次采样允许的最大偏差值ΔY比较，如果两次采样值的差值超过了允许的最大偏差值ΔY，则认为发生了随机干扰，并认为最后一次采样值Yn非法，应予剔除。剔除Yn后，可用Yn-1代替Yn；若未超过允许的最大偏差值范围，则认为本次采样值有效。可用如下公式表示：

6、Yn-Yn-1

7、≤ΔY；则Yn有效

8、Yn-Yn-1

9、＞ΔY；则Yn-1有效此算法的样例子程序如下：#defineA

10、10//A值可根据实际情况调整chardata;//上一次的数据charfilter_1(){chardatanew;//新数据变量datanew=get_data();//获得新数据//滤波算法if((datanew-data>A)

11、

12、(data-datanew>A)returndata;returndatanew;}该算法主要用于处理变化比较缓慢的数据，如温度、物体的位置等。使用时关键在于最大偏差值的Δy的选择，通常可根据经验获得，也可按照输出参数可能的最大变化速度Vmax及采样周期T来决定ΔY的值[1]，即ΔY=VmaxT。1.2中位值滤波中位值滤波是先对某

13、一参数连续采样N次（一般N取奇数），然后把N次采样值按从小到大排列，取中间值为本次采样值。该滤波方法实际上是一种排序方法，文献[2，7，9]采用的是冒泡法排序。由于在冒泡法排序中，每出现一次前者数据大于后者数据，就要进行二者数据的交换，效率很低，故在验证时改用选择排序法。该算法的样例子程序如下：#defineN11//N值可根据实际情况调整charfilter_2(){charvalue_buf[];charcount,i,j,k,temp;for(count=0;count

14、;dela