AD转换中常用的十种数字滤波法.docx

1、AD转换中常用的十种数字滤波法数字滤波汇总在AD采集中经常要用到数字滤波，而不同情况下又有不同的滤波需求，下面是10种经典的软件滤波方法的程序和优缺点分析：1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法） 2、中位值滤波法 3、算术平均滤波法 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法） 6、限幅平均滤波法 7、一阶滞后滤波法 8、加权递推平均滤波法 9、消抖滤波法 10、限幅消抖滤波法1. 限副滤波1.1. 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） 每次检测到新值时判断： 如果本次值与上次值之差A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次

2、值 1.2. 优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰 1.3. 缺点：无法抑制那种周期性的干扰 平滑度差1.4. 程序：/* A值可根据实际情况调整 value为有效值，new_value为当前采样值 滤波程序返回有效的实际值 */ #define A 10char value;char filter() char new_value; new_value = get_ad(); if ( ( new_value - value A ) | ( value - new_value A ) )return value; elsereturn new_value; 2. 中位值滤波法1. 2.

3、2.1. 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2.2. 优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果 2.3. 缺点： 对流量、速度等快速变化的参数不宜2.4. 程序：/* N值可根据实际情况调整 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+)

4、for (i=0;ivalue_bufi+1 ) temp = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; return value_buf(N-1)/2; 3. 算术平均滤波法 3.1. 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 3.2. 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 3.3. 缺点：对于测量速度较慢或要求数据

5、计算速度较快的实时控制不适用 比较浪费RAM 3.4. 程序：#define N 12char filter() int sum = 0; for ( count=0;countN;count+) sum + = get_ad(); delay(); return (char)(sum/N); 4. 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） (FIR前身)4.1. 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

6、面，N=412；温度，N=144.2. 优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高 适用于高频振荡的系统 4.3. 缺点： 灵敏度低 对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差 不适用于脉冲干扰比较严重的场合 比较浪费RAM4.4. 程序：#define N 12char value_bufN; 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_b

7、ufcount; 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） 5.1. 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：314 5.2. 优点：融合了两种滤波法的优点 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 5.3. 缺点： 测量速度较慢，和算术平均滤波法一样 比较浪费RAM5.4. 程序：#define N 12char filter() char count,i,j; char value_bufN; int sum=0

8、; 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=1;countN-1;count+) sum += valuecount; return (char)(sum/(N-2); 6. 限幅平均滤波法 6.1. 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

9、进行限幅处理， 再送入队列进行递推平均滤波处理 6.2. 优点：融合了两种滤波法的优点 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 6.3. 缺点： 比较浪费RAM 程序略 参考子程序1、37. 一阶滞后滤波法 7.1. 方法：取a=01 本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果 7.2. 优点： 对周期性干扰具有良好的抑制作用 适用于波动频率较高的场合 7.3. 缺点：相位滞后，灵敏度低 滞后程度取决于a值大小 不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号7.4. 程序：/* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0100 */#define a 50c

10、har 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 8.1. 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 8.2. 优点： 适用于有较大纯滞后时间常数的对象 和采样周期较短的系统8.3. 缺点：对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号 不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差8.4. 程

11、序：/* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/#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_ad(); delay(); for (count=0,countN;count+) sum += value_bufcount*c

12、oecount; return (char)(sum/sum_coe); 9. 消抖滤波法 9.1. 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9.2. 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9.3. 缺点：对于快速变化的参数不宜 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9.4. 程序：#define N 12ch

13、ar 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 10.1. 方法： 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法” 先限幅,后消抖 10.2. 优点： 继承了“限幅”和“消抖”的优点 改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统10.3. 缺点： 对于快速变化的参数不宜程序略 参考子程序1、9