第51節(jié)：利用ADC0832采集電壓信號進行濾波處理

連續(xù)判斷N次一致性的濾波法，是為了避免末尾小數(shù)點的數(shù)據(jù)偶爾跳動。這種濾波方法的原理跟我在按鍵掃描中去抖動的原理是一模一樣的，被我頻繁地應用在大量的工控項目中。

這一節(jié)要教會大家一個知識點：連續(xù)判斷N次一致性的濾波法。

具體原理：當某個采樣變量發(fā)生變化時，有兩種可能，一種可能是外界的一個瞬間干擾。另一種可能是變量確實發(fā)生變化。為了有效去除干擾，當發(fā)現(xiàn)變量有變化時，我會連續(xù)采集N次，如果連續(xù)N次都是一致的結果，我才認為不是干擾。如果中間只要出現(xiàn)一次不一致，我會馬上把計數(shù)器清零，這一步是精華，很關鍵。

具體內容，請看源代碼講解。

(1) 硬件平臺.

基于朱兆祺51單片機學習板。

(2)實現(xiàn)功能：

本程序有2個局部顯示。

第1個局部是第8,7,6,5位數(shù)碼管，顯示沒有經(jīng)過濾波處理的實際電壓值。此時能觀察到未經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，末尾小數(shù)點數(shù)據(jù)會有跳動的現(xiàn)象

第2個局部是第4,3,2,1位數(shù)碼管，顯示經(jīng)過特定算法濾波后的實際電壓值。此時能觀察到經(jīng)過濾波后的數(shù)據(jù)很穩(wěn)定，沒有跳動的現(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。手動調節(jié)可調電阻時，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)時間

void initial_myself(void);

void initial_peripheral(void);

void delay_short(unsigned int uiDelayShort);

void delay_long(unsigned int uiDelaylong);

//驅動數(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)碼管字模的驅動函數(shù)

void display_service(void); //顯示的窗口菜單服務程序

//驅動LED的74HC595

void hc595_drive(unsigned char ucLedStatusTemp16_09,unsigned char ucLedStatusTemp08_01);

void T0_time(void); //定時中斷函數(shù)

void ad_sampling_service(void); //AD采樣與處理的服務程序

sbit led_dr=P3^5; //LED燈

sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅動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)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow7; //第7位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow6; //第6位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow5; //第5位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow4; //第4位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow3; //第3位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow2; //第2位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigShow1; //第1位數(shù)碼管要顯示的內容

unsigned char ucDigDot8; //數(shù)碼管8的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot7; //數(shù)碼管7的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot6; //數(shù)碼管6的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot5; //數(shù)碼管5的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot4; //數(shù)碼管4的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot3; //數(shù)碼管3的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot2; //數(shù)碼管2的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigDot1; //數(shù)碼管1的小數(shù)點是否顯示的標志

unsigned char ucDigShowTemp=0; //臨時中間變量

unsigned char ucDisplayDriveStep=1; //動態(tài)掃描數(shù)碼管的步驟變量

unsigned char ucWd1Part1Update=1; //在窗口1中，局部1的更新顯示標志

unsigned char ucWd1Part2Update=1; //在窗口1中，局部2的更新顯示標志

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; //用來做校驗對比的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次采樣的計數(shù)器

unsigned long ulV=0; //未經(jīng)濾波處理的實時電壓值

unsigned long ulFilterV=0; //經(jīng)過濾波后的實時電壓值

//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0

0x06, //1 序號1

0x5b, //2 序號2

0x4f, //3 序號3

0x66, //4 序號4

0x6d, //5 序號5

0x7d, //6 序號6

0x07, //7 序號7

0x7f, //8 序號8

0x6f, //9 序號9

0x00, //無 序號10

0x40, //- 序號11

0x73, //P 序號12

};

void main()

{

initial_myself();

delay_long(100);

initial_peripheral();

while(1)

{

ad_sampling_service(); //AD采樣與處理的服務程序

display_service(); //顯示的窗口菜單服務程序

}

}

void ad_sampling_service(void) //AD采樣與處理的服務程序

{

unsigned char i;

ucAD=0; //AD值

ucCheckAD=0; //用來做校驗對比的AD值

/* 片選信號置為低電平 */

adc0832_cs_dr = 0;

/* 第一個脈沖，開始位 */

adc0832_data_sr_dr = 1;

adc0832_clk_dr = 0;

delay_short(1);

adc0832_clk_dr = 1;

/* 第二個脈沖，選擇通道 */

adc0832_data_sr_dr = 1;

adc0832_clk_dr = 0;

adc0832_clk_dr = 1;

/* 第三個脈沖，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;

}

/* 片選信號置為高電平 */

adc0832_cs_dr = 1;

if(ucCheckAD==ucAD) //檢驗相等

{

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),參與乘除法運算的數(shù)據(jù)，為了避免運算結果溢出，我都用long類型

/* 注釋一：

* 因為保留3為小數(shù)點，這里的5000代表5.000V。ulTemp/255代表分辨率.

* 有些書上說8位AD最高分辯可達到256級(0xff+1)，我認為這種說法是錯誤的。

* 8位AD最高分辯應該是255級(0xff)，所以這里除以255，而不是256.

*/

ulTemp=5000*ulTemp/255; //進行電壓換算

ulV=ulTemp; //得到未經(jīng)濾波處理的實時電壓值

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)點的數(shù)據(jù)偶爾跳動。

* 這種濾波方法的原理跟我在按鍵掃描中的去抖動原理是一模一樣的，被我頻繁

* 地應用在大量的工控項目中。

* 具體原理：當某個采樣變量發(fā)生變化時，有兩種可能，一種可能是外界的一個瞬間干擾。

* 另一種可能是變量確實發(fā)生變化。為了有效去除干擾，當發(fā)現(xiàn)變量有變化時，

* 我會連續(xù)采集N次，如果連續(xù)N次都是一致的結果，我才認為不是干擾。如果中間

* 只要出現(xiàn)一次不一致，我會馬上把計數(shù)器清零，這一步是精華，很關鍵。

*

*/

if(ulTempFilterV!=ulTemp) //發(fā)現(xiàn)變量有變化

{

ucSamplingCnt++; //計數(shù)器累加

if(ucSamplingCnt>const_N) //如果連續(xù)N次都是一致的，則認為不是干擾。確實有數(shù)據(jù)需要更新顯示。這里的const_N取值是8

{

ucSamplingCnt=0;

ulTempFilterV=ulTemp; //及時保存更新了的數(shù)據(jù)，方便下一次有新數(shù)據(jù)對比做準備

ulFilterV=ulTempFilterV; //得到經(jīng)過濾波處理的實時電壓值

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，我會馬上把計數(shù)器清零，這一步是精華，很關鍵。

}

}

}

void display_service(void) //顯示的窗口菜單服務程序

{

if(ucWd1Part1Update==1)//未經(jīng)濾波處理的實時電壓更新顯示

{

ucWd1Part1Update=0;

ucTemp8=ulV%10000/1000; //顯示電壓值個位

ucTemp7=ulV%1000/100; //顯示電壓值小數(shù)點后第1位

ucTemp6=ulV%100/10; //顯示電壓值小數(shù)點后第2位

ucTemp5=ulV%10; //顯示電壓值小數(shù)點后第3位

ucDigShow8=ucTemp8; //數(shù)碼管顯示實際內容

ucDigShow7=ucTemp7;

ucDigShow6=ucTemp6;

ucDigShow5=ucTemp5;

}

if(ucWd1Part2Update==1)//經(jīng)過濾波處理后的實時電壓更新顯示

{

ucWd1Part2Update=0;

ucTemp4=ulFilterV%10000/1000; //顯示電壓值個位

ucTemp3=ulFilterV%1000/100; //顯示電壓值小數(shù)點后第1位

ucTemp2=ulFilterV%100/10; //顯示電壓值小數(shù)點后第2位

ucTemp1=ulFilterV%10; //顯示電壓值小數(shù)點后第3位

ucDigShow4=ucTemp4; //數(shù)碼管顯示實際內容

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

}

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

}

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

}

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

}

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

}

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

}

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

}

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

}

dig_hc595_drive(ucDigShowTemp,0x7f);

break;

}

ucDisplayDriveStep++;

if(ucDisplayDriveStep>8) //掃描完8個數(shù)碼管后，重新從第一個開始掃描

{

ucDisplayDriveStep=1;

}

}

//數(shù)碼管的74HC595驅動函數(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

dig_hc595_st_dr=0;

dig_hc595_ds_dr=0;

}

//LED燈的74HC595驅動函數(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

hc595_st_dr=0;

hc595_ds_dr=0;

}

void T0_time(void) interrupt 1 //定時中斷

{

TF0=0; //清除中斷標志

TR0=0; //關中斷

display_drive(); //數(shù)碼管字模的驅動函數(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

{

; //一個分號相當于執(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++) //內嵌循環(huán)的空指令數(shù)量

{

; //一個分號相當于執(zhí)行一條空語句

}

}

}

void initial_myself(void) //第一區(qū) 初始化單片機

{

led_dr=0;//LED燈默認關閉

beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時不叫。

hc595_drive(0x00,0x00); //關閉所有經(jīng)過另外兩個74HC595驅動的LED燈

TMOD=0x01; //設置定時器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

ucDigDot7=0;

ucDigDot6=0;

ucDigDot5=0;

ucDigDot4=1; //顯示經(jīng)過濾波后電壓的小數(shù)點

ucDigDot3=0;

ucDigDot2=0;

ucDigDot1=0;

EA=1; //開總中斷

ET0=1; //允許定時中斷

TR0=1; //啟動定時中斷

}

總結陳詞：

在單片機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)特點選擇對應的濾波方法，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。關于AD采樣的知識到本節(jié)已經(jīng)講完，下一節(jié)會講什么新內容呢?欲知詳情，請聽下回分解-----return語句鮮為人知的用法。