AD转换中常用的十种数字滤波法

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

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）
每次检测到新值时判断：
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

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 10

char value;

char filter()
{

char new_value;
new_value = get_ad();
if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A ) )

return value;

else

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：
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
C、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜

程序：

/* N值可根据实际情况调整
排序采用冒泡法*/

#define N 11

char filter()
{

charvalue_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－1;i++)
{

if ( value_buf>value_buf[i+1] )

{

temp =value_buf;
value_buf = value_buf[i+1];
value_buf[i+1] = temp;

}

}

}

returnvalue_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：
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
比较浪费RAM  
程序：

#define N 12

char filter()
{

int sum = 0;
for ( count=0;count<N;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)

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：
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
C、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RAM

程序：

#define N 12

char value_buf[N];
char i=0;

char filter()
{

char count;
int sum=0;
value_buf[i++] = get_ad();
if ( i == N ) i = 0;
for ( count=0;count<N,count++)
sum+ = value_buf[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：
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
C、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

程序：

#define N 12

char filter()
{

char count,i,j;
char value_buf[N];
int sum=0;
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-1;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;count<N-1;count++)

sum +=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：
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
C、缺点：
比较浪费RAM
程序略 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：
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
C、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

程序：

/* 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：
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
C、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

程序：

/* 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<N;count++)
{

value_buf[count] = get_ad();

delay();

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

sum += 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：
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

程序：

#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：
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
C、缺点：
对于快速变化的参数不宜
程序略 参考子程序1、9