第51節(jié)：利用ADC0832采集電壓信號(hào)，用連續(xù)N次一致性的方法進(jìn)行濾波處理
從業(yè)近十年!手把手教你單片機(jī)程序框架 第51講
開場(chǎng)白：
連續(xù)判斷N次一致性的濾波法，是為了避免末尾小數(shù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)偶爾跳動(dòng)。這種濾波方法的原理跟我在按鍵掃描中去抖動(dòng)的原理是一模一樣的，被我頻繁地應(yīng)用在大量的工控項(xiàng)目中。
這一節(jié)要教會(huì)大家一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：連續(xù)判斷N次一致性的濾波法。
具體原理：當(dāng)某個(gè)采樣變量發(fā)生變化時(shí)，有兩種可能，一種可能是外界的一個(gè)瞬間干擾。另一種可能是變量確實(shí)發(fā)生變化。為了有效去除干擾，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變量有變化時(shí)，我會(huì)連續(xù)采集N次，如果連續(xù)N次都是一致的結(jié)果，我才認(rèn)為不是干擾。如果中間只要出現(xiàn)一次不一致，我會(huì)馬上把計(jì)數(shù)器清零，這一步是精華，很關(guān)鍵。
具體內(nèi)容，請(qǐng)看源代碼講解。
(1) 硬件平臺(tái).
基于朱兆祺51單片機(jī)學(xué)習(xí)板。
(2)實(shí)現(xiàn)功能：
本程序有2個(gè)局部顯示。
第1個(gè)局部是第8,7,6,5位數(shù)碼管，顯示沒有經(jīng)過濾波處理的實(shí)際電壓值。此時(shí)能觀察到未經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，末尾小數(shù)點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)有跳動(dòng)的現(xiàn)象
第2個(gè)局部是第4,3,2,1位數(shù)碼管，顯示經(jīng)過特定算法濾波后的實(shí)際電壓值。此時(shí)能觀察到經(jīng)過濾波后的數(shù)據(jù)很穩(wěn)定，沒有跳動(dòng)的現(xiàn)象。而且顯示的電壓值跟未經(jīng)過濾波的電壓值幾乎是完全一致，不會(huì)出現(xiàn)上一節(jié)用區(qū)間濾波法所留下的0.02V誤差問題。
系統(tǒng)保留3位小數(shù)點(diǎn)。手動(dòng)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻時(shí)，可以看到顯示的數(shù)據(jù)在變化。
(3)源代碼講解如下：
#include "REG52.H"
#define const_N 8 //連續(xù)判斷N次一致性濾波方法中，N的取值
#define const_voice_short 40 //蜂鳴器短叫的持續(xù)時(shí)間
void initial_myself(void);
void initial_peripheral(void);
void delay_short(unsigned int uiDelayShort);
void delay_long(unsigned int uiDelaylong);
//驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的74HC595
void dig_hc595_drive(unsigned char ucDigStatusTemp16_09,unsigned char ucDigStatusTemp08_01);
void display_drive(void); //顯示數(shù)碼管字模的驅(qū)動(dòng)函數(shù)
void display_service(void); //顯示的窗口菜單服務(wù)程序
//驅(qū)動(dòng)LED的74HC595
void hc595_drive(unsigned char ucLedStatusTemp16_09,unsigned char ucLedStatusTemp08_01);
void T0_time(void); //定時(shí)中斷函數(shù)
void ad_sampling_service(void); //AD采樣與處理的服務(wù)程序
sbit led_dr=P3^5; //LED燈
sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)IO口
sbit dig_hc595_sh_dr=P2^0; //數(shù)碼管的74HC595程序
sbit dig_hc595_st_dr=P2^1;
sbit dig_hc595_ds_dr=P2^2;
sbit hc595_sh_dr=P2^3; //LED燈的74HC595程序
sbit hc595_st_dr=P2^4;
sbit hc595_ds_dr=P2^5;
sbit adc0832_clk_dr = P1^2; // 定義adc0832的引腳
sbit adc0832_cs_dr = P1^0;
sbit adc0832_data_sr_dr = P1^1;
unsigned char ucDigShow8; //第8位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow7; //第7位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow6; //第6位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow5; //第5位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow4; //第4位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow3; //第3位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow2; //第2位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigShow1; //第1位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容
unsigned char ucDigDot8; //數(shù)碼管8的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot7; //數(shù)碼管7的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot6; //數(shù)碼管6的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot5; //數(shù)碼管5的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot4; //數(shù)碼管4的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot3; //數(shù)碼管3的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot2; //數(shù)碼管2的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigDot1; //數(shù)碼管1的小數(shù)點(diǎn)是否顯示的標(biāo)志
unsigned char ucDigShowTemp=0; //臨時(shí)中間變量
unsigned char ucDisplayDriveStep=1; //動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的步驟變量
unsigned char ucWd1Part1Update=1; //在窗口1中，局部1的更新顯示標(biāo)志
unsigned char ucWd1Part2Update=1; //在窗口1中，局部2的更新顯示標(biāo)志
unsigned char ucTemp1=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp2=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp3=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp4=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp5=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp6=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp7=0; //中間過渡變量
unsigned char ucTemp8=0; //中間過渡變量
unsigned char ucAD=0; //AD值
unsigned char ucCheckAD=0; //用來做校驗(yàn)對(duì)比的AD值
unsigned long ulTemp=0; //參與換算的中間變量
unsigned long ulTempFilterV=0; //參與換算的中間變量
unsigned long ulBackupFilterV=5000; //備份最新采樣數(shù)據(jù)的中間變量
unsigned char ucSamplingCnt=0; //記錄連續(xù)N次采樣的計(jì)數(shù)器
unsigned long ulV=0; //未經(jīng)濾波處理的實(shí)時(shí)電壓值
unsigned long ulFilterV=0; //經(jīng)過濾波后的實(shí)時(shí)電壓值
//根據(jù)原理圖得出的共陰數(shù)碼管字模表
code unsigned char dig_table[]=
{
0x3f, //0 序號(hào)0
0x06, //1 序號(hào)1
0x5b, //2 序號(hào)2
0x4f, //3 序號(hào)3
0x66, //4 序號(hào)4
0x6d, //5 序號(hào)5
0x7d, //6 序號(hào)6
0x07, //7 序號(hào)7
0x7f, //8 序號(hào)8
0x6f, //9 序號(hào)9
0x00, //無 序號(hào)10
0x40, //- 序號(hào)11
0x73, //P 序號(hào)12
};
void main()
{
initial_myself();
delay_long(100);
initial_peripheral();
while(1)
{
ad_sampling_service(); //AD采樣與處理的服務(wù)程序
display_service(); //顯示的窗口菜單服務(wù)程序
}
}
void ad_sampling_service(void) //AD采樣與處理的服務(wù)程序
{
unsigned char i;
ucAD=0; //AD值
ucCheckAD=0; //用來做校驗(yàn)對(duì)比的AD值
/* 片選信號(hào)置為低電平 */
adc0832_cs_dr = 0;
/* 第一個(gè)脈沖，開始位 */
adc0832_data_sr_dr = 1;
adc0832_clk_dr = 0;
delay_short(1);
adc0832_clk_dr = 1;
/* 第二個(gè)脈沖，選擇通道 */
adc0832_data_sr_dr = 1;
adc0832_clk_dr = 0;
adc0832_clk_dr = 1;
/* 第三個(gè)脈沖，選擇通道 */
adc0832_data_sr_dr = 0;
adc0832_clk_dr = 0;
adc0832_clk_dr = 1;
/* 數(shù)據(jù)線輸出高電平 */
adc0832_data_sr_dr = 1;
delay_short(2);
/* 第一個(gè)下降沿 */
adc0832_clk_dr = 1;
adc0832_clk_dr = 0;
delay_short(1);
/* AD值開始送出 */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
ucAD <<= 1;
adc0832_clk_dr = 1;
adc0832_clk_dr = 0;
if (adc0832_data_sr_dr==1)
{
ucAD |= 0x01;
}
}
/* 用于校驗(yàn)的AD值開始送出 */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
ucCheckAD >>= 1;
if (adc0832_data_sr_dr==1)
{
ucCheckAD |= 0x80;
}
adc0832_clk_dr = 1;
adc0832_clk_dr = 0;
}
/* 片選信號(hào)置為高電平 */
adc0832_cs_dr = 1;
if(ucCheckAD==ucAD) //檢驗(yàn)相等
{
ulTemp=0; //把char類型數(shù)據(jù)賦值給long類型數(shù)據(jù)之前，必須先清零
ulTemp=ucAD; //把char類型數(shù)據(jù)賦值給long類型數(shù)據(jù),參與乘除法運(yùn)算的數(shù)據(jù)，為了避免運(yùn)算結(jié)果溢出，我都用long類型
/* 注釋一：
* 因?yàn)楸Ａ?為小數(shù)點(diǎn)，這里的5000代表5.000V。ulTemp/255代表分辨率.
* 有些書上說8位AD最高分辯可達(dá)到256級(jí)(0xff+1)，我認(rèn)為這種說法是錯(cuò)誤的。
* 8位AD最高分辯應(yīng)該是255級(jí)(0xff)，所以這里除以255，而不是256.
*/
ulTemp=5000*ulTemp/255; //進(jìn)行電壓換算
ulV=ulTemp; //得到未經(jīng)濾波處理的實(shí)時(shí)電壓值
ucWd1Part1Update=1; //局部更新顯示未經(jīng)濾波處理的電壓
/* 注釋二：
* 以下連續(xù)判斷N次一致性的濾波法，為了避免末尾小數(shù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)偶爾跳動(dòng)。
* 這種濾波方法的原理跟我在按鍵掃描中的去抖動(dòng)原理是一模一樣的，被我頻繁
* 地應(yīng)用在大量的工控項(xiàng)目中。
* 具體原理：當(dāng)某個(gè)采樣變量發(fā)生變化時(shí)，有兩種可能，一種可能是外界的一個(gè)瞬間干擾。
* 另一種可能是變量確實(shí)發(fā)生變化。為了有效去除干擾，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變量有變化時(shí)，
* 我會(huì)連續(xù)采集N次，如果連續(xù)N次都是一致的結(jié)果，我才認(rèn)為不是干擾。如果中間
* 只要出現(xiàn)一次不一致，我會(huì)馬上把計(jì)數(shù)器清零，這一步是精華，很關(guān)鍵。
*
*/
if(ulTempFilterV!=ulTemp) //發(fā)現(xiàn)變量有變化
{
ucSamplingCnt++; //計(jì)數(shù)器累加
if(ucSamplingCnt>const_N) //如果連續(xù)N次都是一致的，則認(rèn)為不是干擾。確實(shí)有數(shù)據(jù)需要更新顯示。這里的const_N取值是8
{
ucSamplingCnt=0;
ulTempFilterV=ulTemp; //及時(shí)保存更新了的數(shù)據(jù)，方便下一次有新數(shù)據(jù)對(duì)比做準(zhǔn)備
ulFilterV=ulTempFilterV; //得到經(jīng)過濾波處理的實(shí)時(shí)電壓值
ucWd1Part2Update=1; //局部更新顯示經(jīng)過濾波處理的電壓
}
}
else
{
ucSamplingCnt=0; //只要出現(xiàn)一次不一致，我會(huì)馬上把計(jì)數(shù)器清零，這一步是精華，很關(guān)鍵。
}
}
}
void display_service(void) //顯示的窗口菜單服務(wù)程序
{
if(ucWd1Part1Update==1)//未經(jīng)濾波處理的實(shí)時(shí)電壓更新顯示
{
ucWd1Part1Update=0;
ucTemp8=ulV%10000/1000; //顯示電壓值個(gè)位
ucTemp7=ulV%1000/100; //顯示電壓值小數(shù)點(diǎn)后第1位
ucTemp6=ulV%100/10; //顯示電壓值小數(shù)點(diǎn)后第2位
ucTemp5=ulV%10; //顯示電壓值小數(shù)點(diǎn)后第3位
ucDigShow8=ucTemp8; //數(shù)碼管顯示實(shí)際內(nèi)容
ucDigShow7=ucTemp7;
ucDigShow6=ucTemp6;
ucDigShow5=ucTemp5;
}
if(ucWd1Part2Update==1)//經(jīng)過濾波處理后的實(shí)時(shí)電壓更新顯示
{
ucWd1Part2Update=0;
ucTemp4=ulFilterV%10000/1000; //顯示電壓值個(gè)位
ucTemp3=ulFilterV%1000/100; //顯示電壓值小數(shù)點(diǎn)后第1位
ucTemp2=ulFilterV%100/10; //顯示電壓值小數(shù)點(diǎn)后第2位
ucTemp1=ulFilterV%10; //顯示電壓值小數(shù)點(diǎn)后第3位
ucDigShow4=ucTemp4; //數(shù)碼管顯示實(shí)際內(nèi)容
ucDigShow3=ucTemp3;
ucDigShow2=ucTemp2;
ucDigShow1=ucTemp1;
}
}
void display_drive(void)
{
//以下程序，如果加一些數(shù)組和移位的元素，還可以壓縮容量。但是鴻哥追求的不是容量，而是清晰的講解思路
switch(ucDisplayDriveStep)
{
case 1: //顯示第1位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow1];
if(ucDigDot1==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xfe);
break;
case 2: //顯示第2位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow2];
if(ucDigDot2==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xfd);
break;
case 3: //顯示第3位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow3];
if(ucDigDot3==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xfb);
break;
case 4: //顯示第4位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow4];
if(ucDigDot4==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xf7);
break;
case 5: //顯示第5位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow5];
if(ucDigDot5==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xef);
break;
case 6: //顯示第6位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow6];
if(ucDigDot6==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xdf);
break;
case 7: //顯示第7位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow7];
if(ucDigDot7==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xbf);
break;
case 8: //顯示第8位
ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow8];
if(ucDigDot8==1)
{
ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //顯示小數(shù)點(diǎn)
}
dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0x7f);
break;
}
ucDisplayDriveStep++;
if(ucDisplayDriveStep>8) //掃描完8個(gè)數(shù)碼管后，重新從第一個(gè)開始掃描
{
ucDisplayDriveStep=1;
}
}
//數(shù)碼管的74HC595驅(qū)動(dòng)函數(shù)
void dig_hc595_drive(unsigned char ucDigStatusTemp16_09,unsigned char ucDigStatusTemp08_01)
{
unsigned char i;
unsigned char ucTempData;
dig_hc595_sh_dr=0;
dig_hc595_st_dr=0;
ucTempData=ucDigStatusTemp16_09; //先送高8位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(ucTempData>=0x80)dig_hc595_ds_dr=1;
else dig_hc595_ds_dr=0;
dig_hc595_sh_dr=0; //SH引腳的上升沿把數(shù)據(jù)送入寄存器
delay_short(1);
dig_hc595_sh_dr=1;
delay_short(1);
ucTempData=ucTempData<<1;
}
ucTempData=ucDigStatusTemp08_01; //再先送低8位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(ucTempData>=0x80)dig_hc595_ds_dr=1;
else dig_hc595_ds_dr=0;
dig_hc595_sh_dr=0; //SH引腳的上升沿把數(shù)據(jù)送入寄存器
delay_short(1);
dig_hc595_sh_dr=1;
delay_short(1);
ucTempData=ucTempData<<1;
}
dig_hc595_st_dr=0; //ST引腳把兩個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)更新輸出到74HC595的輸出引腳上并且鎖存起來
delay_short(1);
dig_hc595_st_dr=1;
delay_short(1);
dig_hc595_sh_dr=0; //拉低，抗干擾就增強(qiáng)
dig_hc595_st_dr=0;
dig_hc595_ds_dr=0;
}
//LED燈的74HC595驅(qū)動(dòng)函數(shù)
void hc595_drive(unsigned char ucLedStatusTemp16_09,unsigned char ucLedStatusTemp08_01)
{
unsigned char i;
unsigned char ucTempData;
hc595_sh_dr=0;
hc595_st_dr=0;
ucTempData=ucLedStatusTemp16_09; //先送高8位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(ucTempData>=0x80)hc595_ds_dr=1;
else hc595_ds_dr=0;
hc595_sh_dr=0; //SH引腳的上升沿把數(shù)據(jù)送入寄存器
delay_short(1);
hc595_sh_dr=1;
delay_short(1);
ucTempData=ucTempData<<1;
}
ucTempData=ucLedStatusTemp08_01; //再先送低8位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(ucTempData>=0x80)hc595_ds_dr=1;
else hc595_ds_dr=0;
hc595_sh_dr=0; //SH引腳的上升沿把數(shù)據(jù)送入寄存器
delay_short(1);
hc595_sh_dr=1;
delay_short(1);
ucTempData=ucTempData<<1;
}
hc595_st_dr=0; //ST引腳把兩個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)更新輸出到74HC595的輸出引腳上并且鎖存起來
delay_short(1);
hc595_st_dr=1;
delay_short(1);
hc595_sh_dr=0; //拉低，抗干擾就增強(qiáng)
hc595_st_dr=0;
hc595_ds_dr=0;
}
void T0_time(void) interrupt 1 //定時(shí)中斷
{
TF0=0; //清除中斷標(biāo)志
TR0=0; //關(guān)中斷
display_drive(); //數(shù)碼管字模的驅(qū)動(dòng)函數(shù)
TH0=0xfe; //重裝初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
TL0=0x0b;
TR0=1; //開中斷
}
void delay_short(unsigned int uiDelayShort)
{
unsigned int i;
for(i=0;i
{
; //一個(gè)分號(hào)相當(dāng)于執(zhí)行一條空語句
}
}
void delay_long(unsigned int uiDelayLong)
{
unsigned int i;
unsigned int j;
for(i=0;i
{
for(j=0;j<500;j++) //內(nèi)嵌循環(huán)的空指令數(shù)量
{
; //一個(gè)分號(hào)相當(dāng)于執(zhí)行一條空語句
}
}
}
void initial_myself(void) //第一區(qū) 初始化單片機(jī)
{
led_dr=0;//LED燈默認(rèn)關(guān)閉
beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時(shí)不叫。
hc595_drive(0x00,0x00); //關(guān)閉所有經(jīng)過另外兩個(gè)74HC595驅(qū)動(dòng)的LED燈
TMOD=0x01; //設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1
TH0=0xfe; //重裝初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
TL0=0x0b;
}
void initial_peripheral(void) //第二區(qū) 初始化外圍
{
ucDigDot8=1; //顯示未經(jīng)過濾波電壓的小數(shù)點(diǎn)
ucDigDot7=0;
ucDigDot6=0;
ucDigDot5=0;
ucDigDot4=1; //顯示經(jīng)過濾波后電壓的小數(shù)點(diǎn)
ucDigDot3=0;
ucDigDot2=0;
ucDigDot1=0;
EA=1; //開總中斷
ET0=1; //允許定時(shí)中斷
TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)中斷
}
總結(jié)陳詞：
在單片機(jī)AD采樣的系統(tǒng)中，我常用的濾波方法有求平均值法，區(qū)間法，連續(xù)判斷N次一致性這三種方法。讀者可以根據(jù)不同的系統(tǒng)特點(diǎn)選擇對(duì)應(yīng)的濾波方法，有一些要求高的系統(tǒng)還可以把三種濾波方法混合在一起用。關(guān)于AD采樣的知識(shí)到本節(jié)已經(jīng)講完，下一節(jié)會(huì)講什么新內(nèi)容呢?欲知詳情，請(qǐng)聽下回分解-----return語句鮮為人知的用法。
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