【转】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 */

1 #define A 10 2 char value; 3 char filter() 4 {

5 char new_value;

6 new_value = get_ad();

7 if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A ) ) 8 {

9 return value;10 } 11 else12 {

13 return new_value; 14 } 15 }

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 */

1 #define N 11

2 char filter() 3 {

4 charvalue_buf[N]; 5 char count,i,j,temp;

6 for ( count=0;count8 value_buf[count] = get_ad(); 9 delay(); 10 }

11 for(j=0;j13 for(i=0;i15 if ( value_buf>value_buf[i+1] )16 {

17 temp =value_buf;

18 value_buf = value_buf[i+1]; 19 value_buf[i+1] = temp;20 }21 }22 }

23 returnvalue_buf[(N-1)/2];24 }

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：

1 #define N 12 2 char filter() 3 {

4 int sum = 0;

5 for ( count=0;count7 sum + =get_ad(); 8 delay(); 9 }

10 return (char)(sum/N);11 }

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：

1 #define N 12

2 char value_buf[N]; 3 char i=0; 4 char filter() 5 {

6 char count; 7 int sum=0;

8 value_buf[i++] = get_ad(); 9 if ( i == N ) i = 0;

10 for ( count=0;count12 sum+ = value_buf[count]; 13 }14

15 return (char)(sum/N);16 }

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：

1 #define N 12 2 char filter() 3 {

4 char count,i,j;

5 char value_buf[N]; 6 int sum=0;

7 for (count=0;count9 value_buf[count] = get_ad();10 delay(); 11 }

12 for (j=0;j14 for (i=0;i16 if ( value_buf>value_buf[i+1] )17 {

18 temp = value_buf;

19 value_buf = value_buf[i+1];20 value_buf[i+1] = temp;21 } 22 }23 }

24 for(count=1;count26 sum +=value[count];27 }28

29 return(char)(sum/(N-2));30 }

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：

1 /* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0~100 */2 #define a 503 char value;4 char filter() 5 {

6 char new_value;

7 new_value = get_ad();

8 return ((100-a)*value + a*new_value);9 }

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：

1 /* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/ 2 #define N 12

3 char code coe[N] ={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};

4 char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12; 5

6 char filter() 7 {

8 char count;

9 char value_buf[N]; 10 int sum=0;

11 for (count=0,count13 value_buf[count] = get_ad();14 delay();15 }

16 for (count=0,count18 sum += value_buf[count]*coe[count]; 19 }20

21 return (char)(sum/sum_coe);22 }

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：

1 #define N 12 2 char filter() 3 {

4 char count=0; 5 char new_value;

6 new_value =get_ad(); 7 while (value!=new_value) 8 {

9 count++;

10 if (count>=N)return new_value;11 delay();

12 new_value =get_ad();13 }

14 return value;15 }

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