单片机常用算法设计详解

下面是限幅滤波程序：( 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; return new_value; }
下面我们介绍几种主要的数字滤波法：
A.限幅滤波法
对于随机干扰 , 限幅滤波是一种有效的方法； 基本方法：比较相邻n 和 n - 1时刻的两个采 样值y(n)和 y(n – 1)，根据经验确定两次采样 允许的最大偏差。如果两次采样值的差值超过 最大偏差范围 ,认为发生可随机干扰 ,并认为后 一次采样值y(n)为非法值 ,应予删除 ,删除y(n) 后 ,可用y(n – 1) 代替y(n)；若未超过所允许的 最大偏差范围 ,则认为本次采样值有效。
D.递推平均滤波法
基本方法：采用队列作为测量数据存储器 , 设队列的长度为 N ,每进行一次测量 ,把测量 结果放于队尾 ,而扔掉原来队首的一个数据 , 这样在队列中始终就有 N 个 “最新” 的数 据。当计算平均值时 ,只要把队列中的 N 个 数据进行算数平均 ,就可得到新的算数平均值。 这样每进行一次测量 ,就可得到一个新的算术 平均值。
下面是中位值滤波程序：
#define N 11 char filter() { char value_buf[N]， 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[i]>value_buf[i+1] ) {temp = value_buf[i]; value_buf[i] =
value_buf[i+1]; value_buf[i+1] = temp; } }
} return value_buf[(N-1)/2]; }
C.算术平均滤波法
sum = value_buf[count]; return (char)(sum/N); }
E.一阶滞后滤波法
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；
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。程序如下：
#define a 50 char value; char filter() { char new_value;
FFT变换算法的基本思想：利用WN的周期性 和对称性，把一个N项序列（设N=2k,k为正整 数），分为两个N/2项的子序列，每个N/2点 DFT变换需要（N/2）^2次运算，再用N次运 算把两个N/2点的DFT变换组合成一个N点的 DFT变换。这样变换以后，总的运算次数就 变成N+2（N/2）2=N+N^2/2。其程序片段如 下所示：
B.中位值滤波法
中位值滤波法能有效克服偶然因素引起的 波动或采样不稳定引起的误码等脉冲干扰； 对温度 液位等缓慢变化的被测参数用此法 能收到良好的滤波效果 ,但是对于流量压力等 快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波法； 基本方法：对某一被测参数连续采样 n次 (一般 n 取奇数) ,然后再把采样值按大小排列 , 取中间值为本次采样值。
量数据 存放在存储器中 ,测完 N 点后 ,再对 N 个数据进行平均值计算;
二.选取适当的数据格式 ,也就是说采用定 点数还是采用浮点数。其程序如下所示：
#define N 12 char filter() {int sum = 0，count;
for ( count=0;count<N;count++) { sum+=get_ad(); delay();} return (char)(sum/N); }
程序如下：#define N 12
char value_buf[N]，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++)
new_value = get_ad(); return (100-a)*value + a*new_value; }
7.2 信号处理的FFT变换
快速傅里叶变换(Fast Fourier Transfonn，FFT) 是为了减少离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)计算次数的一种快速有效的 算法。它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、 实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进 获Baidu Nhomakorabea的。
算术平均滤波法适用于对一般的具有随机 干扰的信号进行滤波。这种信号的特点是信 号本身在某一数值范围附近上下波动 ,如测量 流量、 液位； 基本方法：按输入的N 个采样数据 ,寻找这 样一个 Y ,使得 Y 与各个采样值之间的偏差 的平方和最小。
编写算术平均滤波法程序时严格注意: 一.为了加快数据测量的速度 ,可采用先测
第7章 单片机常用算法设计
7.1 单片机滤波算法的设计 7.2 信号处理的FFT变换 7.3 SPWM正弦逆变算法的设计 7.4 PID控制算法 7.5 51单片机PID算法程序 7.6 模糊控制算法
7.1 单片机滤波算法的设计
电路的滤波分为模拟滤波与数字滤波。 其中数字滤波器具有精度高、高可靠性和高 稳定性的特点 ,因此被广泛应用。用数字滤波 算法克服随机误差主要有如下优点: 数字滤波由软件程序实现 ,不需要硬件 ,因 此 不存在阻抗匹配的问题； 对于多路信号输入通道 ,可以共用一个软件 “滤波器”,降低仪表的设计成本； 只要改变滤波器程序或元算参数 ,就能方便 的改变滤波特性。