单片机常用滤波算法

说明：假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int）,子程序为get_ad();

1、限幅滤波法

（又称程序判断滤波法）
A、方法：

根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A），每次检测到新值时进行判断，如果本次值与上次值之差

B、优点：

能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰

C、缺点
①.无法抑制周期性的干扰

②.平滑度差

D、示例代码

#define A 10

char value;

char filter()

{

char new_value;

new_value = get_ad();

if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A ) return value;

return new_value;

}

2、中位值滤波法

A、方法：

连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。

B、优点：

①.能有效克服因偶然因素引起的波动干扰

②.对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果

C、缺点：

对流量、速度等快速变化的参数不宜。

E、示例代码

/* N 值可根据实际情况调整

排序采用冒泡法*/#define N 11

char filter()

{

char value_buf[N];

char count,i,j,temp;

for ( count = 0; count < N; count++)

{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

}

for (j = 0; j < N-1; j++)

{

for (i = 0; i < N - j; i++)

{

if ( value_buf > value_buf[i + 1] )

{

temp = value_buf;

value_buf = value_buf[i + 1];

value_buf[i + 1] = temp;

}

}

}

return value_buf[(N-1)/2];

}

3、算术平均滤波法

A、方法：

连续取N个采样值进行算术平均运算，N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高。

N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4。

B、优点：

适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。

C、缺点：

①.对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用

②.比较浪费RAM

D、示例代码

#define N 12

char filter()

{

int sum = 0;

for ( count=0;countsum + = get_ad();

delay();

}

return (char)(sum/N);

}

4、递推平均滤波法

（又称滑动平均滤波法）

A、方法：

把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)，把队列中的 N 个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。

N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4

B、优点：

①.对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高；

②.适用于高频振荡的系统。

C、缺点：

①.灵敏度低；

②.对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差；

③.不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差；

④.不适用于脉冲干扰比较严重的场合；

⑤.比较浪费RAM。

F、示例代码

char value_buff[N];

char i=0;

char filter()

{

char count;

int sum=0;

value_buff[i++]=get_data();

if(i==N)i=0;

for(count=0;countsum+=value_buff[count];

return (char)(sum/N);

}

5、中位值平均滤波法

（又称防脉冲干扰平均滤波法）

A、方法：

相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”，连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。

N 值的选取：3~14。

B、优点：

①.融合了两种滤波法的优点；

②.对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

C、缺点：

①.测量速度较慢，和算术平均滤波法一样；

②.比较浪费 RAM。

D、示例代码

#define N 12

char filter()

{

char count,i,j;

char value_buf[N];

int sum=0;

for (count=0;count{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

}

for (j=0;j{

for (i=0;i{

if ( value_buf>value_buf[i+1] )

{

temp = value_buf;

value_buf = value_buf[i+1];

value_buf[i+1] = temp;

}

}

}

for(count=1;countsum += value[count];

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

}

6、限幅平均滤波法

A、方法：

相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”，每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理。

B、优点：

①.融合了两种滤波法的优点

②.对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差

C、缺点：

比较浪费 RAM

D、示例代码：

略 参考子程序 1、 3 

7、一阶滞后滤波法

A、方法：

取 a=0~1

本次滤波结果=（1-a） *本次采样值+a*上次滤波结果

B、优点：

①.对周期性干扰具有良好的抑制作用；

②.适用于波动频率较高的场合。

C、缺点：

①.相位滞后，灵敏度低；

②.滞后程度取决于a值大小；

③.不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。

G、示例代码：

/* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0~100*/

#define a 50

char value;

char filter()

{

char new_value;

new_value = get_ad();

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

}

8、加权递推平均滤波法

A、方法：

是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权。通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低。

B、优点：

①.适用于有较大纯滞后时间常数的对象；

②.和采样周期较短的系统。

C、缺点：

①.对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号；

②.不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。

D、示例代码：

/* coe 数组为加权系数表，存在程序存储区。 */

#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{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

}

for (count=0,countsum += value_buf[count]*coe[count];

return (char)(sum/sum_coe);

}

9、消抖滤波法

A、方法：

设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较：如果采样值＝当前有效值，则计数器清零；如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限 N(溢出)；如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。

B、优点：

对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。

C、缺点：

①.对于快速变化的参数不宜

②.如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。

H、示例代码：

#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;

}

10、限幅消抖滤波法

A、方法：

相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”，先限幅,后消抖。

B、优点：

①.继承了“限幅”和“消抖”的优点

②.改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统

C、缺点：

对于快速变化的参数不宜

D、 示例

参考 1、 9