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第五十一节:利用ADC0832采集电压信号,用连续N次一致性的方法进行滤波处理。
开场白:
连续判断N次一致性的滤波法,是为了避免末尾小数点的数据偶尔跳动。这种滤波方法的原理跟我在按键扫描中去抖动的原理是一模一样的,被我频繁地应用在大量的工控项目中。
这一节要教会大家一个知识点:连续判断N次一致性的滤波法。
具体原理:当某个采样变量发生变化时,有两种可能,一种可能是外界的一个瞬间干扰。另一种可能是变量确实发生变化。为了有效去除干扰,当发现变量有变化时,我会连续采集N次,如果连续N次都是一致的结果,我才认为不是干扰。如果中间只要出现一次不一致,我会马上把计数器清零,这一步是精华,很关键。
具体内容,请看源代码讲解。
(1)硬件平台.
基于朱兆祺51单片机学习板。
(2)实现功能:
本程序有2个局部显示。
第1个局部是第8,7,6,5位数码管,显示没有经过滤波处理的实际电压值。此时能观察到未经滤波的数据不太稳定,末尾小数点数据会有跳动的现象
第2个局部是第4,3,2,1位数码管,显示经过特定算法滤波后的实际电压值。此时能观察到经过滤波后的数据很稳定,没有跳动的现象。而且显示的电压值跟未经过滤波的电压值几乎是完全一致,不会出现上一节用区间滤波法所留下的0.02V误差问题。
系统保留3位小数点。手动调节可调电阻时,可以看到显示的数据在变化。
(3)源代码讲解如下:
- #include "REG52.H"
- #define const_N 8 //连续判断N次一致性滤波方法中,N的取值
- #define const_voice_short 40 //蜂鸣器短叫的持续时间
- void initial_myself(void);
- void initial_peripheral(void);
- void delay_short(unsigned int uiDelayShort);
- void delay_long(unsigned int uiDelaylong);
- //驱动数码管的74HC595
- void dig_hc595_drive(unsigned char ucDigStatusTemp16_09,unsigned char ucDigStatusTemp08_01);
- void display_drive(void); //显示数码管字模的驱动函数
- void display_service(void); //显示的窗口菜单服务程序
- //驱动LED的74HC595
- void hc595_drive(unsigned char ucLedStatusTemp16_09,unsigned char ucLedStatusTemp08_01);
- void T0_time(void); //定时中断函数
- void ad_sampling_service(void); //AD采样与处理的服务程序
- sbit led_dr=P3^5; //LED灯
- sbit beep_dr=P2^7; //蜂鸣器的驱动IO口
- sbit dig_hc595_sh_dr=P2^0; //数码管的74HC595程序
- sbit dig_hc595_st_dr=P2^1;
- sbit dig_hc595_ds_dr=P2^2;
- sbit hc595_sh_dr=P2^3; //LED灯的74HC595程序
- sbit hc595_st_dr=P2^4;
- sbit hc595_ds_dr=P2^5;
- sbit adc0832_clk_dr = P1^2; // 定义adc0832的引脚
- sbit adc0832_cs_dr = P1^0;
- sbit adc0832_data_sr_dr = P1^1;
- unsigned char ucDigShow8; //第8位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow7; //第7位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow6; //第6位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow5; //第5位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow4; //第4位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow3; //第3位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow2; //第2位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigShow1; //第1位数码管要显示的内容
- unsigned char ucDigDot8; //数码管8的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot7; //数码管7的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot6; //数码管6的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot5; //数码管5的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot4; //数码管4的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot3; //数码管3的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot2; //数码管2的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigDot1; //数码管1的小数点是否显示的标志
- unsigned char ucDigShowTemp=0; //临时中间变量
- unsigned char ucDisplayDriveStep=1; //动态扫描数码管的步骤变量
- unsigned char ucWd1Part1Update=1; //在窗口1中,局部1的更新显示标志
- unsigned char ucWd1Part2Update=1; //在窗口1中,局部2的更新显示标志
- unsigned char ucTemp1=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp2=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp3=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp4=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp5=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp6=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp7=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucTemp8=0; //中间过渡变量
- unsigned char ucAD=0; //AD值
- unsigned char ucCheckAD=0; //用来做校验对比的AD值
- unsigned long ulTemp=0; //参与换算的中间变量
- unsigned long ulTempFilterV=0; //参与换算的中间变量
- unsigned long ulBackupFilterV=5000; //备份最新采样数据的中间变量
- unsigned char ucSamplingCnt=0; //记录连续N次采样的计数器
- unsigned long ulV=0; //未经滤波处理的实时电压值
- unsigned long ulFilterV=0; //经过滤波后的实时电压值
- //根据原理图得出的共阴数码管字模表
- code unsigned char dig_table[]=
- {
- 0x3f, //0 序号0
- 0x06, //1 序号1
- 0x5b, //2 序号2
- 0x4f, //3 序号3
- 0x66, //4 序号4
- 0x6d, //5 序号5
- 0x7d, //6 序号6
- 0x07, //7 序号7
- 0x7f, //8 序号8
- 0x6f, //9 序号9
- 0x00, //无 序号10
- 0x40, //- 序号11
- 0x73, //P 序号12
- };
- void main()
- {
- initial_myself();
- delay_long(100);
- initial_peripheral();
- while(1)
- {
- ad_sampling_service(); //AD采样与处理的服务程序
- display_service(); //显示的窗口菜单服务程序
- }
- }
- void ad_sampling_service(void) //AD采样与处理的服务程序
- {
- unsigned char i;
- ucAD=0; //AD值
- ucCheckAD=0; //用来做校验对比的AD值
- /* 片选信号置为低电平 */
- adc0832_cs_dr = 0;
- /* 第一个脉冲,开始位 */
- adc0832_data_sr_dr = 1;
- adc0832_clk_dr = 0;
- delay_short(1);
- adc0832_clk_dr = 1;
- /* 第二个脉冲,选择通道 */
- adc0832_data_sr_dr = 1;
- adc0832_clk_dr = 0;
- adc0832_clk_dr = 1;
- /* 第三个脉冲,选择通道 */
- adc0832_data_sr_dr = 0;
- adc0832_clk_dr = 0;
- adc0832_clk_dr = 1;
- /* 数据线输出高电平 */
- adc0832_data_sr_dr = 1;
- delay_short(2);
- /* 第一个下降沿 */
- adc0832_clk_dr = 1;
- adc0832_clk_dr = 0;
- delay_short(1);
- /* AD值开始送出 */
- for (i = 0; i < 8; i++)
- {
- ucAD <<= 1;
- adc0832_clk_dr = 1;
- adc0832_clk_dr = 0;
- if (adc0832_data_sr_dr==1)
- {
- ucAD |= 0x01;
- }
- }
- /* 用于校验的AD值开始送出 */
- for (i = 0; i < 8; i++)
- {
- ucCheckAD >>= 1;
- if (adc0832_data_sr_dr==1)
- {
- ucCheckAD |= 0x80;
- }
- adc0832_clk_dr = 1;
- adc0832_clk_dr = 0;
- }
-
- /* 片选信号置为高电平 */
- adc0832_cs_dr = 1;
- if(ucCheckAD==ucAD) //检验相等
- {
-
- ulTemp=0; //把char类型数据赋值给long类型数据之前,必须先清零
- ulTemp=ucAD; //把char类型数据赋值给long类型数据,参与乘除法运算的数据,为了避免运算结果溢出,我都用long类型
- /* 注释一:
- * 因为保留3为小数点,这里的5000代表5.000V。ulTemp/255代表分辨率.
- * 有些书上说8位AD最高分辩可达到256级(0xff+1),我认为这种说法是错误的。
- * 8位AD最高分辩应该是255级(0xff),所以这里除以255,而不是256.
- */
- ulTemp=5000*ulTemp/255; //进行电压换算
- ulV=ulTemp; //得到未经滤波处理的实时电压值
- ucWd1Part1Update=1; //局部更新显示未经滤波处理的电压
- /* 注释二:
- * 以下连续判断N次一致性的滤波法,为了避免末尾小数点的数据偶尔跳动。
- * 这种滤波方法的原理跟我在按键扫描中的去抖动原理是一模一样的,被我频繁
- * 地应用在大量的工控项目中。
- * 具体原理:当某个采样变量发生变化时,有两种可能,一种可能是外界的一个瞬间干扰。
- * 另一种可能是变量确实发生变化。为了有效去除干扰,当发现变量有变化时,
- * 我会连续采集N次,如果连续N次都是一致的结果,我才认为不是干扰。如果中间
- * 只要出现一次不一致,我会马上把计数器清零,这一步是精华,很关键。
- *
- */
- if(ulTempFilterV!=ulTemp) //发现变量有变化
- {
- ucSamplingCnt++; //计数器累加
- if(ucSamplingCnt>const_N) //如果连续N次都是一致的,则认为不是干扰。确实有数据需要更新显示。这里的const_N取值是8
- {
- ucSamplingCnt=0;
- ulTempFilterV=ulTemp; //及时保存更新了的数据,方便下一次有新数据对比做准备
- ulFilterV=ulTempFilterV; //得到经过滤波处理的实时电压值
- ucWd1Part2Update=1; //局部更新显示经过滤波处理的电压
- }
- }
- else
- {
- ucSamplingCnt=0; //只要出现一次不一致,我会马上把计数器清零,这一步是精华,很关键。
- }
-
- }
- }
- void display_service(void) //显示的窗口菜单服务程序
- {
- if(ucWd1Part1Update==1)//未经滤波处理的实时电压更新显示
- {
- ucWd1Part1Update=0;
- ucTemp8=ulV%10000/1000; //显示电压值个位
- ucTemp7=ulV%1000/100; //显示电压值小数点后第1位
- ucTemp6=ulV%100/10; //显示电压值小数点后第2位
- ucTemp5=ulV%10; //显示电压值小数点后第3位
- ucDigShow8=ucTemp8; //数码管显示实际内容
- ucDigShow7=ucTemp7;
- ucDigShow6=ucTemp6;
- ucDigShow5=ucTemp5;
- }
- if(ucWd1Part2Update==1)//经过滤波处理后的实时电压更新显示
- {
- ucWd1Part2Update=0;
- ucTemp4=ulFilterV%10000/1000; //显示电压值个位
- ucTemp3=ulFilterV%1000/100; //显示电压值小数点后第1位
- ucTemp2=ulFilterV%100/10; //显示电压值小数点后第2位
- ucTemp1=ulFilterV%10; //显示电压值小数点后第3位
- ucDigShow4=ucTemp4; //数码管显示实际内容
- ucDigShow3=ucTemp3;
- ucDigShow2=ucTemp2;
- ucDigShow1=ucTemp1;
- }
- }
- void display_drive(void)
- {
- //以下程序,如果加一些数组和移位的元素,还可以压缩容量。但是鸿哥追求的不是容量,而是清晰的讲解思路
- switch(ucDisplayDriveStep)
- {
- case 1: //显示第1位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow1];
- if(ucDigDot1==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xfe);
- break;
- case 2: //显示第2位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow2];
- if(ucDigDot2==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xfd);
- break;
- case 3: //显示第3位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow3];
- if(ucDigDot3==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xfb);
- break;
- case 4: //显示第4位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow4];
- if(ucDigDot4==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xf7);
- break;
- case 5: //显示第5位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow5];
- if(ucDigDot5==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xef);
- break;
- case 6: //显示第6位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow6];
- if(ucDigDot6==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xdf);
- break;
- case 7: //显示第7位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow7];
- if(ucDigDot7==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0xbf);
- break;
- case 8: //显示第8位
- ucDigShowTemp=dig_table[ucDigShow8];
- if(ucDigDot8==1)
- {
- ucDigShowTemp=ucDigShowTemp|0x80; //显示小数点
- }
- dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0x7f);
- break;
- }
- ucDisplayDriveStep++;
- if(ucDisplayDriveStep>8) //扫描完8个数码管后,重新从第一个开始扫描
- {
- ucDisplayDriveStep=1;
- }
- }
- //数码管的74HC595驱动函数
- 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引脚的上升沿把数据送入寄存器
- 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引脚的上升沿把数据送入寄存器
- delay_short(1);
- dig_hc595_sh_dr=1;
- delay_short(1);
- ucTempData=ucTempData<<1;
- }
- dig_hc595_st_dr=0; //ST引脚把两个寄存器的数据更新输出到74HC595的输出引脚上并且锁存起来
- delay_short(1);
- dig_hc595_st_dr=1;
- delay_short(1);
- dig_hc595_sh_dr=0; //拉低,抗干扰就增强
- dig_hc595_st_dr=0;
- dig_hc595_ds_dr=0;
- }
- //LED灯的74HC595驱动函数
- 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引脚的上升沿把数据送入寄存器
- 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引脚的上升沿把数据送入寄存器
- delay_short(1);
- hc595_sh_dr=1;
- delay_short(1);
- ucTempData=ucTempData<<1;
- }
- hc595_st_dr=0; //ST引脚把两个寄存器的数据更新输出到74HC595的输出引脚上并且锁存起来
- delay_short(1);
- hc595_st_dr=1;
- delay_short(1);
- hc595_sh_dr=0; //拉低,抗干扰就增强
- hc595_st_dr=0;
- hc595_ds_dr=0;
- }
- void T0_time(void) interrupt 1 //定时中断
- {
- TF0=0; //清除中断标志
- TR0=0; //关中断
- display_drive(); //数码管字模的驱动函数
- TH0=0xfe; //重装初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
- TL0=0x0b;
- TR0=1; //开中断
- }
- void delay_short(unsigned int uiDelayShort)
- {
- unsigned int i;
- for(i=0;i<uiDelayShort;i++)
- {
- ; //一个分号相当于执行一条空语句
- }
- }
- void delay_long(unsigned int uiDelayLong)
- {
- unsigned int i;
- unsigned int j;
- for(i=0;i<uiDelayLong;i++)
- {
- for(j=0;j<500;j++) //内嵌循环的空指令数量
- {
- ; //一个分号相当于执行一条空语句
- }
- }
- }
- void initial_myself(void) //第一区 初始化单片机
- {
- led_dr=0;//LED灯默认关闭
- beep_dr=1; //用PNP三极管控制蜂鸣器,输出高电平时不叫。
- hc595_drive(0x00,0x00); //关闭所有经过另外两个74HC595驱动的LED灯
- TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1
- TH0=0xfe; //重装初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
- TL0=0x0b;
- }
- void initial_peripheral(void) //第二区 初始化外围
- {
- ucDigDot8=1; //显示未经过滤波电压的小数点
- ucDigDot7=0;
- ucDigDot6=0;
- ucDigDot5=0;
- ucDigDot4=1; //显示经过滤波后电压的小数点
- ucDigDot3=0;
- ucDigDot2=0;
- ucDigDot1=0;
- EA=1; //开总中断
- ET0=1; //允许定时中断
- TR0=1; //启动定时中断
- }
复制代码
总结陈词:
在单片机AD采样的系统中,我常用的滤波方法有求平均值法,区间法,连续判断N次一致性这三种方法。读者可以根据不同的系统特点选择对应的滤波方法,有一些要求高的系统还可以把三种滤波方法混合在一起用。关于AD采样的知识到本节已经讲完,下一节会讲什么新内容呢?欲知详情,请听下回分解-----return语句鲜为人知的用法。
(未完待续,下节更精彩,不要走开哦)
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