基于单片机的数字滤波器设计
基于单片机的程控滤波器设计要点
摘要在电子电路中，滤波器是不可或缺的部分，其中有源滤波器更为常用。
一般有源滤波器由运算放大器和RC元件组成，对元器件的参数精度要求比较高，设计和调试。
也比较麻烦。
美国Maxim公司生产的可编程滤波器芯片MAX270可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等，可通过编程进行设置，电路的外围器件也少。
本文设计并实现了由MAX270构成的程控滤波器电路设计和实现。
单片机AT89S52是控制程序的控制过滤器的核心。
通过单片机控制继电器的吸合来控制增益电阻的连接进而实现了增益的0dB到60dB每10dB步进可调；通过单片机控制二阶低通程控滤波器MAX270，完成了在-3dB时截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调的低通滤波器的设计，调节截止频率步进为1kHz，并用LCD来显示设置参数。
应用Matlab计算椭圆滤波函数的传递函数，建立电路网络，设计出了四阶椭圆低通滤波器。
关键词：程控滤波器可编程滤波器芯片单片机ABSTRACTIn the electronic circuit, the filter is the indispensable part. Especially the active filter is used more commonly. Generally the active filter is composed of the operational amplifier and the RC part. Its requirement to the accuracy of the device's parameter is quite high, and the design and the debugging are also quite troublesome.The filter chip MAX262 which produced by American Maxim Corporation is capable of achieving low-pass, high-pass, band-pass, band elimination to each kind of low-frequency signal through programming, and the filter's characteristic parameter like center frequency, the quality factor and so on may set through programming, and the periphery component of electric circuit are also few. This article design and completed the design the design and realize of the program control filter circuit which make up of the MAX270.Monolithic integrated circuit AT89S52 is the control core of the program control filter. Controlled by the microcontroller to control relays pull the gain resistor connected in turn to achieve a gain of 0dB to 60dB 10dB step adjustable each; second-order low-pass through the SCM programmed filter MAX270, when completed in the-3dB cutoff frequency fc at 1kHz ~ 20kHz range adjustable low-pass filter design, cut-off frequency adjustment step is 1kHz, using the LCD to display the configuration parameters. Application of Matlab computing elliptic filter function of the transfer function, the establishment of the circuit network, to design a fourth-order elliptic low-pass filter.Key words:Program control Filter Programmable filter chip SCM目录1 绪论 (1)1.1 滤波器的发展 (1)1.2 课题研究的意义 (1)2 系统设计 (3)2.1 滤波器相关知识 (3)2.1.1 滤波器的分类 (3)2.2 单片机相关知识 (4)2.2.1 单片机的产生与发展 (4)2.3 系统方案设计 (6)2.3.1设计要求 (6)2.3.2 各模块方案的选择 (6)2.3.3 最终方案 (7)2.4 理论分析与计算 (10)3 硬件设计 (13)3.1 放大器模块 (13)3.2 单片机控制滤波器模块 (14)3.3 操作及显示模块 (18)4 软件设计 (20)4.1 开发软件及环境简介 (20)4.1.1 Keil (20)4.1.2 Proteus (20)4.2 系统主要程序 (21)5 系统测试 (23)5.1 指标测试 (23)5.2 误差分析 (23)5.3 功能实现 (24)结论 (26)谢辞 (27)参考文献 (28)附录 (29)1 绪论1.1 滤波器的发展从广义上讲，任何对某些频率（相对于其他频率来说）进行修正的系统称为滤波器。
单片机数字滤波算法
单片机主要作用是控制外围的器件，并实现一定的通信和数据处理。
但在某些特定场合，不可避免地要用到数学运算，尽管单片机并不擅长实现算法和进行复杂的运算。
下面主要是介绍如何用单片机实现数字滤波。
在单片机进行数据采集时，会遇到数据的随机误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的结果符合统计规律。
为克服随机干扰引起的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。
滤波算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强。
1采用数字滤波算法克服随机干扰的误差具有以下优点：1.数字滤波无需其他的硬件成本，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题。
尤其是数字滤波可以对频率很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。
2.数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低系统开支。
3.只要适当改变滤波器的滤波程序或运算，就能方便地改变其滤波特性，这对于滤除低频干扰和随机信号会有较大的效果。
4.在单片机系统中常用的滤波算法有限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波等。
2限幅滤波算法该运算的过程中将两次相邻的采样相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值A进行比较。
A的大小由被测对象的具体情况而定，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效;否则取上次采样值作为本次数据的样本。
算法的程序代码如下：#define A //允许的最大差值char data; //上一次的数据char filter(){char datanew; //新数据变量datanew=get_data(); //获得新数据变量if((datanew-data)>A||(data-datanew>A))return data;elsereturn datanew;}说明：限幅滤波法主要用于处理变化较为缓慢的数据，如温度、物体的位置等。
数字滤波器的基本结构
未来研究方向
新型算法研究
针对实际应用中的挑战，未来研究将进一步探索新型的数字滤波器 算法，以提高其性能、稳定性和适应性。
高性能硬件实现
随着集成电路和计算机工程的发展，未来研究将进一步探索高性能 、低功耗的数字滤波器硬件实现方法。
跨领域应用
数字滤波器在许多领域都有广泛的应用前景，如医疗、航空航天、环 保等，未来研究将进一步拓展数字滤波器的应用领域。
梯度下降法
通过迭代地更新滤波器的 系数，使得误差的梯度下 降最快，从而逐渐逼近最 优解。
牛顿法
利用牛顿定理，通过迭代 来寻找最优解，具有较高 的收敛速度和精度。
最优滤波器设计
最小均方误差（MMSE）滤波器
以最小化输出信号与期望信号之间的均方误差为优化目标，设计最优的滤波器 。
卡尔曼滤波器
一种递归滤波器，通过预测和更新来估计系统的状态，具有较高的稳定性和精 度。
控制系统
数字滤波器可以用于控制系统 的处理，如伺服控制、PID控制
、卡尔曼滤波等。
02
CHAPTER
数字滤波器的基本结构
数字滤波器的基本结构 直接形式
直接形式是数字滤波器的基本结构之 一。它是一种直观的形式，由一个输 入和一个输出组成，输入信号经过一 个或多个线性时不变系统后得到输出 信号。直接形式的结构简单，易于理 解和实现。
硬件优化
随着集成电路和计算机工程的发展，数字滤波器的硬件实 现越来越高效，低功耗、高速度和小型化成为主要趋势。
软件算法改进
数字滤波器的算法不断优化，以适应更复杂和多变的应用 场景，如神经网络、深度学习等算法的引入使得滤波效果 更加精确。
嵌入式应用
随着嵌入式系统的发展，数字滤波器在嵌入式设备上的应 用越来越广泛，这要求数字滤波器具有更强的稳定性和适 应性。
中兴硬件面试题目(3篇)
第1篇一、基础知识1. 请简述数字信号与模拟信号的区别。
2. 请解释什么是模数转换（A/D转换）和数模转换（D/A转换）。
3. 什么是串行通信和并行通信？它们各自有哪些优缺点？4. 什么是USB接口？请简述其工作原理。
5. 请解释什么是PCIe接口？请列举其优点。
6. 什么是GPIO？请列举其应用场景。
7. 请解释什么是I2C、SPI和UART？它们各自有哪些特点？8. 什么是存储器？请简述RAM、ROM、ROM、EEPROM和Flash的不同。
9. 什么是微控制器（MCU）？请列举其应用领域。
10. 什么是处理器？请简述CPU、GPU和DSP的区别。
二、电路分析1. 请解释什么是三极管？请列举其三种工作状态。
2. 请解释什么是场效应晶体管（MOSFET）？请列举其优点。
3. 什么是晶体管放大电路？请简述其工作原理。
4. 请解释什么是滤波器？请列举几种常见的滤波器。
5. 什么是振荡器？请列举几种常见的振荡器。
6. 请解释什么是稳压器？请列举几种常见的稳压器。
7. 请解释什么是电源管理芯片（PMIC）？8. 请解释什么是线性电源和开关电源？9. 请解释什么是电磁干扰（EMI）？10. 请解释什么是电磁兼容性（EMC）？三、嵌入式系统1. 请解释什么是嵌入式系统？请列举其特点。
2. 请简述嵌入式系统的发展历程。
3. 请解释什么是实时操作系统（RTOS）？4. 请解释什么是中断？5. 请解释什么是看门狗定时器？6. 请列举几种常见的嵌入式开发工具。
7. 请解释什么是编译器、链接器和调试器？8. 请解释什么是嵌入式系统调试？9. 请列举几种常见的嵌入式系统开发平台。
10. 请解释什么是嵌入式系统测试？四、硬件设计1. 请解释什么是硬件设计？请列举其流程。
2. 请解释什么是硬件设计规范？3. 请解释什么是硬件设计文档？4. 请解释什么是PCB设计？5. 请解释什么是信号完整性（SI）？6. 请解释什么是电源完整性（PI）？7. 请解释什么是热设计？8. 请解释什么是电磁兼容性（EMC）？9. 请解释什么是可靠性设计？10. 请解释什么是硬件设计验证？五、通信原理1. 请解释什么是通信？请列举通信的基本原理。
单片机测控系统中的数字滤波器设计
近年来 ， 随着计算机技 术 的迅 速发展 ， 计数字 滤波器 为设
对被测模拟信号 的处 理过程 如图一所示 。被测模拟 量首 先经过采样／ 保持 电路（／ ）送至模／ ＳＨ ， 数转换器（ Ｄ ） Ａ Ｃ 转换成
（ ｉｔ ｉ ｒ英文缩写为 Ｄ ） Ｄｇａ Ｆｔ ， ｉｌ ｌ ｅ Ｆ 创造了条件。数字滤波器是数
字信号处理器的一种 ， 亦称软件滤波器 。它通过计算机执行一 段相应的程序来滤 除夹杂在数字信号 中的干扰信号。 采样 ／ 保持 电路 （， ｓＨ）
模， 数转换 器（ Ｄ ） Ａ Ｃ
数字量， 然后通过数字滤波器（ Ｆ 滤除其中的干扰信号。 Ｄ） 最后
通过数模转换器 （ Ａ ） Ｄ Ｃ 获得模 拟量输出。
维普资讯
第６ 卷第 ２ 期
２０ ０ ６年 ６月
湖 南 工 业职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ Ｒ Ｌ Ｏ ＮＡ Ｉ Ｄ Ｔ ＯＬ Ｅ Ｈ Ｃ ＯＵ ＮＡ Ｆ ＨＵ Ｎ Ｎ ＵＳ ＲＹ Ｐ ＹＴ Ｃ ＮＩ
Ｖ０． Ｎ １６ ｎ ２
Ｊｌ． ０ ６ ＩＩ２ ０ Ｉ
单片机测控系统中的数字滤波器设计
陶炎焱 。黄会雄
（ 湖南省商务职业技术学院，湖南 长沙 ４０２ ） １０７
［ 摘 要】 在传统的模拟滤波器 基础上。 提出了 数字滤波器的新 算法， 井根据单片机测控系 统在受到不同干扰时， 提出了 数字滤
波 器的 谩 计 步 骤 和 设 计 思 路 。 ’
ｔ ｉ ｖ ｌｅ ｐｏ ｏ ｅ ｅ ｈ ｙｔｍ ｅ ｅｖｎ ｉｅ ｎ ｔｒ ｒｎ ｅ ｌ ｙｆ ａ ｔ ｏ ｗａ ｅｆ ｔｒａ ｉ ｒｐ ｓｄ ｗｈ ｎｔｅ ｓｓｅ ｒｃ ｉｉｇｄｆ ｒ ｔｎｅ ｅ ｃ ． ｅ ｉ ｆｅ
8位单片机低通滤波算法
8位单片机低通滤波算法低通滤波算法是一种常用于信号处理的滤波算法，用于去除高频噪声，保留低频信号。
在8位单片机中实现低通滤波算法，可以采用数字滤波器的方法，其中一种常用的方法是IIR（Infinite Impulse Response）滤波器。
IIR滤波器是一种递归滤波器，其输出是由输入信号和之前的输出信号线性组合而成的。
其结构如下：y[n] = b0 * x[n] + b1 * x[n-1] + ... + bn * x[n-n] - a1 *y[n-1] - a2 * y[n-2] - ... - am * y[n-m]其中，x[n]是当前输入信号，y[n]是当前输出信号，a1, a2, ...,am是滤波器的系数，b0, b1, ..., bn是输入信号的系数。
在单片机中实现低通滤波算法的步骤如下：1. 定义滤波器的系数a1, a2, ..., am和b0, b1, ..., bn，这些系数决定了滤波器的特性。
2.初始化输入和输出缓冲区，用于存储之前的输入和输出信号。
3.循环读取输入信号，并将其存储到输入缓冲区。
4.根据滤波器的结构，计算当前输出信号y[n]，并将其存储到输出缓冲区。
5.更新输入和输出缓冲区，将当前输入和输出信号存储到之前的位置。
这样每次循环都可以使用最新的输入和输出信号。
6.将输出信号送入输出端。
需要注意的是，8位单片机的计算能力有限，因此在实现低通滤波算法时，需要考虑计算复杂度和存储空间的限制。
可以通过降低滤波器的阶数或使用简化的计算方法来减少计算量。
例如，如果滤波器的阶数较高，可以使用二阶节拍法（Biquad）结构来实现滤波器，该结构只需要保存两个输入和两个输出缓冲区，大大减少了存储空间的使用。
此外，还可以通过查表的方式来实现低通滤波算法，使用预先计算好的滤波器响应曲线，将输入信号与查表值相乘得到输出信号。
总之，通过合理选择滤波器结构和算法优化技巧，可以在8位单片机上有效实现低通滤波算法。
单片机 fir滤波器算法实现
单片机 FIR 滤波器算法实现1. 引言FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种常见的数字滤波器，它在信号处理中起到了重要的作用。
本文将介绍单片机上如何实现 FIR 滤波器算法。
2. FIR 滤波器原理FIR 滤波器是一种线性时不变（LTI）系统，其输出信号是输入信号与滤波器的冲激响应进行卷积运算得到的。
FIR 滤波器的冲激响应是一个有限长度的序列，因此称之为有限脉冲响应滤波器。
FIR 滤波器的输入输出关系可以表示为以下公式：y[n] = b[0]*x[n] + b[1]*x[n-1] + b[2]*x[n-2] + ... + b[N]*x[n-N]其中，y[n] 是输出信号，x[n] 是输入信号，b[0] 到 b[N] 是滤波器的系数。
3. 单片机上的 FIR 滤波器实现在单片机上实现 FIR 滤波器算法需要以下步骤：3.1. 定义滤波器的系数首先需要定义 FIR 滤波器的系数。
系数的选择决定了滤波器的特性，可以根据具体的需求进行设计。
常见的系数设计方法包括窗函数法、频率采样法等。
3.2. 定义输入输出缓冲区为了实现滤波器的运算，需要定义输入和输出的缓冲区。
输入缓冲区用于存储输入信号的历史数据，输出缓冲区用于存储滤波器的输出结果。
3.3. 实现滤波器算法根据 FIR 滤波器的原理，可以使用循环结构实现滤波器的算法。
具体的实现过程如下： 1. 读取输入信号 x[n]； 2. 将输入信号保存到输入缓冲区； 3. 使用滤波器的系数和输入缓冲区的数据进行卷积运算，得到输出信号 y[n]； 4. 将输出信号保存到输出缓冲区； 5. 更新输入缓冲区的数据，将最新的输入信号放到缓冲区的开头； 6. 重复步骤 1 到步骤 5，直到处理完所有的输入信号。
3.4. 实现滤波器的输入输出接口为了方便使用滤波器，可以实现输入输出接口，使得用户能够方便地输入输出信号。
输入接口可以从传感器、外部设备等获取输入信号，输出接口可以将输出信号发送到显示器、存储设备等。
单片机中IIR滤波器的实现
单片机中（C语言）IIR滤波器的实现转载原文参见https:///qq_21905401/article/details/53894517 IIR是无限长单位脉冲响应数字滤波器，其系统对应函数有如下形式：在知道滤波器相应的系数b[]，a[]后可根据相应的差分方程，完成对数据的滤波，而滤波器的系数可以通过Matlab滤波器设计和分析工具箱Filter Design&Analysis Tool求得，下面以一个IIR三阶低通滤波器为例，介绍C语言IIR滤波器的实现方法：1、计算滤波器的系数根据信号的采样频率以及低通滤波器的截止频率，通过Matlab工具箱求得滤波器的系数b和a。
如信号采样率为f=400Hz，低通滤波器的截止频率fc=60Hz：Matlab中Start→ToolBoxes→Filter Design→Filter Design & Analysis Tool(fdatool)在Filter Design & Analysis Tool，输入滤波器的相应指标，点击“Design Filter”设计滤波器。
如下图所示：通过Analysis→Filter coefficients查看所设计滤波器系数：响应函数：2、差分方程C语言实现根据相应函数得到差分方程：a[0]*y[i]=Gain*(b[0]*x[i]+b[1]*x[i-1]+b[2]*x[i-2])-a[1]*y[i-1]-a[2]*y(n-2)其中Gain=0.146747，b[]={1,2,1}，a[]={1,-0.837000,0.42398}，x[i]为输入信号，y[i]为滤波后信号。
C语言实现代码如下：B[0]=1;B[1]=2;B[2]=1;A[0]=1;A[1]=-0.837000;A[2]=0.42398;Gain=0.146747;w_x[0]=w_x[1]=w_x[2]=0;w_y[0]=w_y[1]=w_y[2]=0;for(int i=0;i<len;i++){w_x[0]=x[i];w_y[0]=(B[0]*w_x[0]+B[1]*w_x[1]+B[2]*w_x[2])*Gain-w_y[1]*A[1]-w_y[2]*A[2];y[i]=w_y[0]/A[0];w_x[2]=w_x[1];w_x[1]=w_x[0];w_y[2]=w_y[1];w_y[1]=w_y[0];}也可以使用如下代码：w[0]=w[1]=w[2]=0;for(int i=0;i<len;i++){w[0]=A[0]*x[i]-A[1]*w[2]-A[2]*w[2];y[i]=(B[0]*w[0]+B[1]*w[1]+B[2]*w[2])*Gain;w[2]=w[1];w[1]=w[0];}注意：在滤波之前，需要将系数w_x[]、w_y[]、w置零。
外文文献翻译(基于单片机的数字滤波器设计
毕业设计（论文)外文文献翻译院系：信息工程学院年级专业：电子信息工程姓名: 装化学号: 20122450236附件：digital filter design外文文献：digital filter designAbstract:With the information age and the advent of the digital world, digital signal processing has become one of today's most important disciplines and door technology。
Digital signal processing in communications，voice，images, automatic control, radar, military，aerospace，medical and household appliances，and many other fields widely applied. In the digital signal processing applications，the digital filter is important and has been widely applied.Keyword：SCM; Proteus, C language；Digital filter1、figures Unit on ：Analog and digital filtersIn signal processing，the function of a filter is to remove unwanted parts of the signal，such as random noise, or to extract useful parts of the signal, such as the components lying within a certain frequency range。
单片机的电源噪声滤波技术
单片机的电源噪声滤波技术电源噪声是指在电子设备工作过程中由于电源线路或者供电电源的质量等因素引起的电压波动或者频率混叠等问题。
在单片机应用中，电源噪声会影响到系统的稳定性和可靠性，因此需要采取适当的滤波技术来减小或消除电源噪声的影响。
一、问题分析在分析单片机的电源噪声滤波技术之前，我们首先需要了解电源噪声的产生原因和对单片机系统的影响。
1. 电源噪声的产生原因电源噪声的产生主要由以下几个因素引起：①电源线路的不稳定性：电源线路存在着电流波动、电感和电容的共振等问题，导致电源电压的畸变，产生噪声。
②电源供应质量差：选择低质量的电源或者供电线路质量差，会引入更多的噪声；③外部电磁干扰：周围环境中存在电磁波、辐射等干扰因素，会通过电源线路传递到单片机系统中，引起噪声。
2. 电源噪声对单片机系统的影响电源噪声对单片机系统的影响主要表现在以下几个方面：①降低系统的稳定性：电源噪声会引起单片机系统的工作频率不稳定，从而导致系统性能下降。
②影响模拟信号的采样和转换：如果单片机系统中存在模拟信号的采样和转换，电源噪声会引起模拟信号的畸变，导致数据采集的不准确性。
③干扰数字信号：电源噪声的频率与单片机系统中的时钟频率相近，会引起数字信号的错误和干扰。
④降低系统的可靠性：电源噪声的存在会导致硬件故障率的提高，影响系统的可靠性。
二、滤波技术介绍为了减小或消除电源噪声对单片机系统的影响，可以采用以下几种滤波技术：1. 电源消噪电容电源消噪电容是一种常见的滤波器元件，主要作用是通过吸收电源线路中的高频噪声，从而减小噪声对单片机系统的干扰。
它通常被连接在电源输入端与地之间，形成一个并联的电容网络。
2. LC滤波器LC滤波器是一种由电感和电容组成的滤波器，其工作原理基于电感和电容之间的频率衰减关系。
通过调整电感和电容的数值来实现对不同频率的噪声进行滤波。
3. 电源隔离器电源隔离器是一种通过光电耦合器或变压器实现电源隔离的器件。
基于STM32单片机的心电监测系统
Science &Technology Vision 0概述科学技术发展水平日新月异，医疗水平逐渐提高，人们越来越关注自己和家人的健康状况。
在众多生理信号中，心电信号的监测一直都是各国研究者们深入研究和学习的重点，由于传统的ECG 仪器相对较大并且依赖于PC 和显示器显示器，而从国内外心电图仪的发展趋势来看，新型心电监测设备越来越便携化，智能化，远程化。
因此，便携性和易操作是目前家用心电监护仪设备亟待解决的问题[1]。
在这样的背景下，本文设计了一款使用STM32F103ZET6作为主控芯片，AD8232芯片作为前端采样，ADC 配合DMA 快速采集传输心电信号，再对所采集心电信号进行处理，最后根据使用者需求选择显示方式，从而实现一款轻便小巧、操作简单、低成本的心电监测设备的设计。
1系统结构本文设计的心电监测系统由STM32F103ZET6最小系统、AD8232模拟前端、OLED 显示模块、HC-05蓝牙模块组成，医用AgCl 采样电极通过单导联的方式将感知的心电信号传输到AD8232模块，进行初步信号调理及放大后，由STM32单片机的ADC 采集基于STM32单片机的心电监测系统李昊霖徐凌桦摘要针对目前市面上的心电图监测设备存在体积庞大、价格昂贵等问题，设计了一款轻便小巧，价格相对便宜，操作简单的心电监测系统。
本设计使用AD8232方案作为模拟前端，通过STM32单片机对心电信号进行处理，最后通过OLED 屏幕，或者通过蓝牙与上位机等终端设备连接来显示心电图及心率，从而实现心电监测的基本功能。
经实际测量的结果显示，本设计在使用上满足应用的测量精度同时也非常便捷，有较高实用价值。
关键词心电监测；AD8232；STM32；滤波中图分类号:TH776.1文献标识码:ADOI ：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.22.12AbstractAiming at the problems of large and expensive ECG monitoring equipment on the market ，a light and compact ECG monitoring system with relatively low price and simple operation is designed.This design uses the AD8232solution as the analog front end ，processes the ECG signal through theSTM32microcontroller ，and finally displays the ECG and heart rate through the OLED screen or through Bluetooth and the host computer and other terminal devices to realize the basic function of ECG monitoring.The actual measurement results show that the design meets the application'smeasurement accuracy in use and is also very convenient ，with high practical value.Key wordsECG monitoring;AD8232;STM32;Filtering李昊霖在读研究生,研究方向为物联网应用,贵州大学<电气工程学院>。
基于单片机高阶窄带数字滤波器的设计
专 题 论 述
基于单片机高阶窄带数字滤波器的设计
■ 武汉大学 闫 华 光 蔡 伟 黄 祥 伟 周文 俊
引
言
在 现 代 智 能 仪 器信 号 分 析 、 处 理 和 识 别 中 ． 经
＾ ＝ ＿ （ ｅｄ ｄ ） ［ ｅ ）＇ｏ （ ＪＪ
快 速 算 法 ， 节 约 存 储 空 间和 运 算 量 ｃ 目 前 ， 已在 接 地
为改 善 Ｆ Ｒ滤 波 器性 能 ， 要 求窗 函 数 满足 要 求 ： Ｉ 主 瓣 宽 度 尽可 能 地 窄 ， 以 获 得 较 窄 的 过 渡 带 ；旁 瓣 相 对 于 主 瓣 尽 可 能 地 小 ， 数 量 尽 可 能 地 少 也 即能 量 集 中 在 主 瓣 中 。 这 样 ， 就 可 以减 小 肩 峰 和 余 振 ， 提 高 阻 带 衰 减 。 这 两 项 要 求 不 可 能 同 时 得 到 最 佳 常 用 的 窗 函 数 是 在 这 两 个 因 素 之 间 取 得 适 当 的 折 衷 ：增 加 主瓣 宽 度 以换 取 旁 瓣 的 抑 制 。 如 果 选 用 一 个 窗 函 数 的 主 要 目 的 是 为 了 得 到 较 锐 的 截 止 ， 就 应 选 用 主瓣 较 窄 的 窗 函 数 ， 这 样 ．在 通 带 中 将 产 生 一 些 振 荡 在 阻 带 中 会 出 瑚 显 著 的 波 纹 ；如 果 主 要 目 的 是为 了得到平 坦 的幅度 响应和 较小 的阻带 波纹 ， 这 时 选 用 的 窗 函 数 的 旁 瓣 幅 值 就 要 较 小 ， 但 所 设 计 的 Ｆ Ｒ 滤 波 器 的 截 止 锐 度 就 不 够 各种 窗 函 数 的 性 Ｉ 能 比 较 如 表 １所 列 。
Ｈ （ ＝ ∑ （）。 ｄｅ ｎｅ。 拥
用51单片机实现FIR数字低通滤波器
安电子科技大学出版社， 2008.5. [6] 李广弟.单片机基础 [ （第三版）M].北京： 北京航空航天大学 出版社， 2007.6. [7] 谭浩强 .c 程序设计 [ （第三版）M].北京： 清华大学出版社， 2005.
—— 科协论坛 ・ 2010 年第 9 期 （下） ——
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90
INPUT1 = 0; while(Ad_state==1); dat=INPUT1;
即 0x4000 // 启动转换 //等待转换结束 //读入转换值
图 1 ADC0801 的 proteus 图 2.3 数据存储系统 本实验采用了外部静态 RAM6264， 如图 1,该芯片为 28 引 脚双列直插式芯片， 容量为 8KB， 及 CS 分别为片选端， CE 分 别为低电平和高电平有效， 由于单片机的 P0 口为地址数据复 用口， 所以要加入外部锁存芯片 74LS373。由图可见， 6264 的 存储其地址为 0x8000~0xBFFF,与 ADC0801 的地址不冲突。 其 C 语言编程也相当方便，数据的读取只要采用两条宏定义 语句就行了： #define WriteRAM6264(a,b) XBYTE[0X8000+a] = b //写语句 #deБайду номын сангаасine ReadRAM6264(a) XBYTE[0X8000+a] 2.4 信号输出系统 采用 DAC0832， 作为输出系统， 即把处理后的数自信号重 新转化为模拟信号， 方便示波器观察， 其结构如图 2 所示。由 于 0832 输出的是电流信号， 因此应该加一个跟随器， 将电流 转化为电压信号， 再送示波器进行观察。 其中， 为片选信号 CS 端， 接单片机 P3^1 端， 采用的是独立编址方式， 即用一根线控 制信号的输出。 //读语句
基于PLC的数字滤波器设计
基于PLC的数字滤波器设计蔡红斌（湖北职业技术学院机电工程系，湖北孝感 432000）[摘要] 文章介绍了PLC控制系统中对模拟信号进行中值平均滤波处理，并给出了一种数字滤波程序的设计方法。
[关键词] 信号;干扰;噪声;数字滤波;PLC0引言由于工业控制现场的环境往往比较恶劣，干扰源比较多，如环境温度、湿度、电场及磁场等。
因此，在控制系统的输入信号中，均含有种种干扰成份（噪音），既有周期性的，也有随机性的，为了进行准确测量和控制，提高系统的性能，在进行数据处理和调节控制之前，必须先消除（或抑制）被测信号中的噪音。
如周期性干扰的典型代表为50Hz的工频干扰，对于这类信号，可采用积分时间等于20ms的整数倍的双积分A/D转换器，即可抑制其影响。
在PLC等控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，还可充分发挥软件优势，用数字滤波的方法削弱和滤除干扰和噪音，其在控制系统中的地位如图1所示。
图1 数字滤波在控制系统中的地位所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，故实质上它是一种程序滤波。
[1]数字滤波器与RC等模拟滤波器相比，有如下优点：1）1）数字滤波器是用程序实现的，不需要增加硬件设备，不存在阻抗匹配等问题，可靠性高。
2）2）可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。
3）3）数字滤波可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便的特点。
正因为数字滤波器具有上述优点，所以在PLC等计算机控制系统中得到了广泛的应用。
1常用的数字滤波方法在控制系统中，输入信号有模拟信号和数字信号之分，数字信号的滤波多采用延时滤波法。
而模拟信号的数字滤波的方法较多，常见的有：限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、消抖滤波法、限幅消抖滤波法等，它们各有优缺点，在实际的PLC控制系统中，我们可以针对不同的被控对象和特定的应用场合，采用不同的滤波方法，下面以中值平均滤波法为例说明其在PLC控制系统中的应用。
单片机课设题目
单片机课程设计题目一、基础电子系统设计1. 设计一个简单的数字钟，要求能够显示时、分、秒。
2. 设计一个基于单片机的温度控制系统，要求能够实时监测环境温度并控制加热或制冷设备。
3. 设计一个交通信号灯控制系统，要求能够实现红、黄、绿灯的自动切换。
二、智能家居控制系统1. 设计一个智能家居控制系统，要求能够实现远程控制家电设备的开关、温度、湿度等功能。
2. 设计一个智能安防系统，要求能够实现门窗的自动开关、烟雾报警、防盗等功能。
三、数字信号处理与实现1. 设计一个数字滤波器，要求能够实现信号的平滑处理和减小噪声干扰。
2. 设计一个数字频率合成器，要求能够产生不同频率的信号并实现频率的精确控制。
四、自动化仪表与检测1. 设计一个压力传感器，要求能够将压力信号转换为电信号并进行测量和控制。
2. 设计一个液位控制器，要求能够根据液位的高低控制加热或制冷设备。
五、嵌入式系统设计与应用1. 设计一个基于单片机的步进电机控制系统，要求能够实现电机的速度和方向的精确控制。
2. 设计一个智能门锁控制系统，要求能够实现通过手机APP进行远程开锁和关门等功能。
六、物联网与无线通信1. 设计一个物联网网关，要求能够实现不同协议的设备之间的数据传输和通信。
2. 设计一个无线遥控车，要求能够通过遥控器实现车的启动、停止、前进、后退等功能。
七、机器人与自动化技术1. 设计一个基于单片机的机械臂控制系统，要求能够实现机械臂的精确运动和抓取物品。
2. 设计一个自动化巡检机器人，要求能够实现环境的自动检测和数据的实时传输。
八、实时操作系统与应用1. 设计一个基于RTOS的无人机控制系统，要求能够实现无人机的自动飞行和拍摄等功能。
2. 设计一个基于RTOS的智能家居控制系统，要求能够实现多个设备的协同工作和远程控制。
九、图像处理与模式识别1. 设计一个人脸识别系统，要求能够通过摄像头捕捉到的人脸图像进行识别并控制门锁等设备。
用Matlab设计的低通数字滤波器
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院综合课程设计报告低通数字滤波器设计单位（二级学院）：自动化学生姓名：专业：自动化班级：0810902学号：指导教师：设计时间：2012 年11月重庆邮电大学自动化学院制摘要本次设计以AT89S52单片机为控制器件，利用AD/DA转换芯片构成低通数字滤波器。
首先利用MATLAB根据要求设计低通滤波器模型并在该平台进行初步仿真得到较为理想的效果。
接着利用proteus软件搭建硬件电路，并对编写的程序进行检测；程序检测无误后，再用Protel画出电路图。
首先利用ADC0809将模拟信号转换成数字信号输入单片机，正弦模拟信号由AD9850模块产生，是一般正常的低频正弦波；另一个噪声信号是通过单片机产生的高频脉冲信号。
然后通过滤波程序将采集的数据进行算法滤波，滤波后的数据通过DAC0832输出，将DA0832的输出信号通过一级运放（UA741）转换成电压输出。
最后将运放输出的结果接到示波器上进行显示。
关键字：AT89C51、DDS、ADC0809、DAC0832、UA741设计题目题目与要求低通滤波器是允许低频讯号通过，而不允许高频讯号通过的滤波器。
本题目要求用单片机（型号任选）制作一个低通数字滤波器，要求：1.根据确定的采样频率，用MATLAB设计低通滤波器模型以满足不同截止频率需求，并进行仿真；2.用单片机设计并制作一个低通数字滤波器，实现数据采集、滤波处理、信号输出等功能（包括软、硬件）；3.滤波器能与PC机通信，设计通信协议，实现截止频率参数的调节、原始信号采样数据与滤波后数据的上传；4.利用高级语言开发工具，设计PC机端的程序，可以调节滤波器参数，接收滤波器上传的原始信号采样数据与滤波后数据，并能绘图、保存；5.设计几种不同频率、类型的噪声，利用滤波器进行试验，记录实验情况并进行分析、总结；6.按规定的统一格式设计报告。
目录第一章 MATLAB仿真 (4)1.1方案论证 (4)1.2设计方法及原理介绍 (4)1.3 matlab编程实现 (5)1.4 Simulink仿真结构图 (5)第二章硬件设计方案 (6)2.1硬件功能整体设计 (6)2.2单片机最小系统 (7)2.3 ADC0809和74HC74 (7)2.4 DAC0832和UA741 (8)2.5 串口部分 (9)2.6 DDS部分 (9)第三章软件设计 (10)3.1 单片机软件设计 (10)3.2 PC机通信软件设计 (12)第四章心得体会 (13)参考文献 (14)附件1：方波源程序 (15)附件2：DDS正弦信号模块 (15)附件3：主单片机程序 (19)附录4：protues原理图 (21)附录5：protel电路图 (22)附录6：DDS原理图 (22)第一章 MATLAB 仿真1.1方案论证数字滤波器，按功能分类，可以分成低通、高通、带通、带阻、全通滤波器；按实现的网络结构或单位抽样响应分类：可以分成无限脉冲响应滤波器（IIR 滤波器）、有限脉冲响应滤波器（FIR 滤波器）。
基于单片机和MATLAB的FIR滤波器设计
Design of FIR Filter Based on MCU and MATLAB
Liu Suping
(Puyang Vocational and Technical College, Puyang Henan 457000, China)
Key words: MCU; MATLAB; FIR filter
0 引言
数字技术不断发展的过程中，数字滤波器备受人们的重 视，广泛应用于众多领域，比如自动控制、航空航天、军事等。 数字滤波器的可靠性良好，具有较高的精准度和灵活性，但 设计传统数字滤波器时复杂度较高，工作过程中的计算量较 大，特性调整比较困难，对数字滤波器的发展有所制约。因此， 本文设计了基于单片机和 MATLAB 的 FIR 滤波器。
200。点击 Design Filter 控件，显示滤波器特征图，如图 2 所示。
正弦信号 A 正弦信号 B
加法器
数字滤波器
FDA tool
图 3 仿真模型
（a）f=2 Hz
示波器
（b）f=300 Hz
图 2 数字滤波器的频域特性
数字滤波器的界面主要包括特性区和 Design Filter 两部 分。界面上半部分指特性区，能够充分展现滤波器的特性； 界面下半部分指 Design Filter，主要目的是设置滤波器参数。
软件开发与应用
信息与电脑 China Computer & Communication
2019 年第 8 期
基于单片机和 MATLAB 的 FIR 滤波器设计
刘素苹
单片机dac滤波
单片机dac滤波
单片机DAC滤波是指在单片机系统中，利用数字模拟转换器（DAC）对信号进行滤波处理的过程。
这种滤波通常用于消除噪声、平滑信号或提取特定频率的成分。
在单片机DAC滤波中，通常使用低通滤波器（LPF）或带通滤波器（BPF）来实现。
低通滤波器主要用于滤除高频噪声，保留低频信号；带通滤波器则用于提取特定频率范围的信号，滤除其他频率成分。
单片机DAC滤波的实现方法有多种，其中一种常用的方法是使用离散时间滤波器（Discrete-Time Filter，简称DTL）。
离散时间滤波器基于离散时间信号处理理论，通过一系列离散时间点上的样本值来逼近连续时间信号。
在单片机DAC滤波中，离散时间滤波器可以通过对DAC输出的离散值进行加权平均，实现连续时间信号的低通或带通滤波。
另外，还有一种常用的方法是使用无限冲激响应滤波器（Infinite Impulse Response Filter，简称IIR滤波器）或有限冲激响应滤波器（Finite Impulse Response Filter，简称FIR滤波器）。
这些滤波器通过对输入信号进行卷积运算，实现信号的滤波处理。
在单片机DAC滤波中，可以使用IIR或FIR滤波器对DAC输出的离散值进行卷积运算，实现连续时间信号的低通或带通滤波。
总的来说，单片机DAC滤波是一种有效的信号处理方法，可以用于消除噪声、平滑信号或提取特定频率的成分。
根据具体的应用需求，可以选择不同的滤波器类型和实现方法，以达到最佳的滤波效果。
基于stm32单片机的自适应数字滤波器设计方法[发明专利]
![基于stm32单片机的自适应数字滤波器设计方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9da10506aeaad1f347933f5f.png)
专利名称：基于stm32单片机的自适应数字滤波器设计方法专利类型：发明专利
发明人：吴昊男,韩依伦,瞿祝
申请号：CN201910761676.5
申请日：20190816
公开号：CN112446184A
公开日：
20210305
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于stm32单片机的自适应数字滤波器设计方法。
所述的基于stm32单片机的自适应数字滤波器设计方法包括根据实际应用场景动态调整采样率、单片机存储系列滤波器系数组、DA外接模拟滤波器恢复原有效信号，该方法可有效进行无用信号滤除，合成信号的分离，具有相应速度快、系统稳定性高、实现方法简易可行的特点。
申请人：吴昊男,韩依伦,瞿祝
地址：201100 上海市闵行区东川路500号
国籍：CN
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单片机众数滤波
单片机众数滤波
单片机中的众数滤波是一种数字信号处理技术，旨在通过识别数据集中的众数（出现频率最高的数值）来消除噪声和异常值，从而获得更平滑和可靠的数据。
在实际应用中，众数滤波通常用于处理传感器数据或其他采样数据，以提高系统的稳定性和准确性。
以下是单片机中众数滤波的基本原理和实现步骤：
1. 原理：众数是数据集中出现频率最高的数值。
通过识别众数，可以消除由于噪声或异常值引起的波动，从而得到更加稳定和真实的数据。
2. 步骤：
- 数据采集：首先，单片机需要采集一组数据，这些数据可能包含噪声或异常值。
- 数据处理：对采集到的数据进行排序，然后统计每个数值的出现次数。
- 计算众数：确定出现频率最高的数值，即众数。
- 滤波处理：将众数作为滤波后的输出值，用于替代原始数据集中的值。
3. 优缺点：
- 优点：众数滤波简单易实现，能够有效消除一些噪声和异常值的影响，适用于一些特定场景下的数据平滑处理。
- 缺点：众数滤波可能无法处理连续变化或频繁波动的数据，对于某些数据集合并不适用。
4. 应用场景：
- 适用于需要快速处理的实时数据，如传感器数据采集。
- 可用于简单的信号处理场景，要求对实时性和精度要求不高的情况下。
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基于单片机数字滤波器设计摘要数据采集又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。
数据采集技术广泛应用在各个领域。
比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。
被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度，水位，风速，压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。
在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生重要变化。
而在数据采集中存在各种噪声。
滤除噪声的方法有很多种，既有数字滤波器，也有模拟滤波器。
本文采用了基于单片机和c语言来设计并开发数字滤波系统。
针对于单片机数据采集系统中经常出现的随机干扰，通过交流信号发生器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，同时也对这几种滤波算法进行了比较，并指出每一种算法具体适用范围和注意事项。
另外本文使用了proteus进行仿真验证这几种滤波方法，用了AD和DA来采集及输出数据。
关键词单片机/proteus/数字滤波。
BASED ON SCM DIGITALFILTER DESIGNABSTRACTData acquisition, also called data acquisition is the use of a device from the system input to external data collection and an interface that internal system. Data collection technology is widely quoted in various fields. Such as cameras, microphones, are data acquisition tools. Are collected data has been converted to telecommunications number of various physical quantities such as temperature, pressure, water, wind speed, etc, can be analogue, also can be the digital quantity. In the Internet industry fast development today, data acquisition has been widely used in Internet and distributed field, data acquisition field has changed in important changes. And in data acquisition exist in all sorts of noise. Filter out the noise a variety of ways, both digital filters, also have simulation filter. Here we adopted based on SCM and C language to design and develop digital filtering system. We based on single-chip microcomputer data acquisition system often appears in the random disturbance, through the manual input to simulate data acquisition process, and verifies the several use common overcome random disturbance single-chip digital filtering algorithm, and presents the corresponding C program, especially for the median value filter and the median value average filtering algorithm procedures were improved. Also on this compares several filtering algorithm, and points out the concrete each kind of algorithm is applicable range and precautions. In addition we use the simulation test this proteus several filtering method. In addition we still use the AD and DA to harvest and output data.KEY WORDS microcontroller, proteus, digital filter目录摘要 ................................................................................................................................................... I ABSTRACT...................................................................................................................................... II 1 绪论 (1)1.1数字滤波器特点 (1)1.2数字滤波器的设计 (2)2 数字滤波设计原理 (3)2.1中值滤波 (3)2.2算数平均滤波 (4)2.3 加权平均滤波 (5)2.4 中位值平均滤波 (6)2.5限幅滤波 (7)3 滤波器硬件设计 (8)3.1 单片机AT89C51 (8)3.2 数据采集 (9)3.3 数模转换输出 (10)3.4 总体电路图 (10)4 程序设计 (11)4.1 滤波算法设计 (11)4.2 AD转换器 (12)4.3 滤波算法的选择 (12)4.4 总体程序 (13)4.5 程序流程图 (13)5 仿真结果和分析 (14)6 数字滤波器新算法分析 (18)6.1 滑动平均滤波 (18)6.2 一阶滞后滤波 (18)6.3加权递推平均滤波 (19)6.4 消抖滤波 (20)7 总结 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录A (25)附录B (26)1 绪 论1.1 数字滤波器特点现在工业控制系统中，电路系统变得越来越复杂，因而带来的相互干扰也越来越强烈，模拟滤波电路已不能满足要求，数字滤波应运而生。
数字滤波器是数字信号处理器的一种，在进行数据采集和数据传输过程中，经常会受到各种外界干扰，当干扰严重时，可导致系统的测控精度降低甚至无法正常工作，数字滤波器则通过计算机执行一段相应的程序来滤除夹杂在数字信号中的干扰信号。
它所处理的对象是用序列表示的离散信号或是数字信号，因而可以实现一些高难度的复杂处理，而且具有工作稳定，受环境因素小，抗干扰性能强精度可控等优点。
因而现阶段被广泛应用，而用单片机实现数字滤波器与广泛应用的DSP 处理器相比，具有成本低，体积小，可靠性强等优点，因而在一定场合也有一定的实用价值。
【9】从时间上看，数字信号是离散的，从幅度上看，它又是量化的。
因此数字信号可用一个序列数来表示，而每个数又可表示成二进制码的形式。
数字滤波器的功能就是利用计算机软件对一组输入数字序列进行一定的运算，再变换成另一组输出数字序列。
对被测信号的处理，首先通过采样/保持电路，送至模/数转换器转换成数字量，然后通过数字滤波器滤除其中的干扰信号，最后通过模/数转换器获得模拟量输出。
根据所用数学模型的不同，数字滤波器可划分为两大类：一种是递归性滤波器，其特点是滤波器的输出不仅与输入信号有关，还与过去的输出值有关；另一种是非递归性滤波器，其特征是滤波器的输出仅与输入信号有关，而与过去输出值无关。
设数字滤波器的输入信号为()X n ，输出信号为()Y n ，则输入序列与输出序列之间的关系可用差分方程表示为公式一：01()()()N Nk k K K Y n b X n K a Y n K ===-+-∑∑ （1.1）输入信号()X n 可以是模拟信号经采样和ADC 变换后得到的数字序列，也可以是计算机的输出信号，k a ，k b 均为系数，由上述差分方程组组成的数字滤波器，称为递归性滤波器。
若将上述差分方程中系数k a 取做0，则得到公式二：0()()Nk K Y n b X n K ==-∑ （1.2）这种滤波器叫做非递归性滤波器。
选择不同的系数，则可以设计低通，高通或带通，带阻式数字滤波器。
【6】1.2 数字滤波器的设计1.设计数字滤波器时，一般按下面步骤进行：（1）根据干扰信号的特征来选择合适的滤波器。
（2）建立起典型的差分方程数学模型，并对差分方程进行Z 变换，写出其Z 传递函数。
（3）根据有用信号与干扰信号的频率特征，来确定系统期望的通频带。
（4）根据Z 传递函数，确定其幅频特性和相频特性，再对Z 进行反变换，求出滤波器的线性离散方程。
（5）按照线性差分方程来编制相应的软件，最终实现数字滤波的功能。
2. 数字滤波器的软件设计在测控系统中，由于各种参数的干扰成分不同，因而滤除这些干扰成分的方式也不同，本论文将用到中值滤波，算数平均滤波，加权平均滤波，中位值平均滤波，限幅滤波这五种方法，可根据具体情况加以选用。
2 数字滤波设计原理这里有很多种熟悉滤波方法，我们见选用其中几种来进行设计，如中值滤波，算数平均滤波，加权平均滤波等等。
所以下面我将详细介绍它们。
2.1中值位滤波是先对某中值滤波一参数连续采样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，我在此采用的是冒泡法排序。
由于在冒泡法排序中，没出现一次前者数据大于后者数据，就要进行两者数据的交换。
该算法样例子程序如下：#define N 11 //N值可根据实际情况调整char filter(){char value_buf[];char count,i,j,k,temp;for(count=0;count<N;count++) //获取数据{value_buf[count]=get_data();delay();}for(i=0;i<N-1;i++) //选择排序{k=i;for(j=i+1;j<N;j++)if(value_buf[j]<value_buf[k]) k=j;temp=value_buf[k];value_buf[k]=value_buf[i];value_buf[i]=temp;}return value_buf[(N-1)/2];}中位值滤波能有效地克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。