第51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
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从业近十年!手把手教你单片机程序框架 第51讲
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
{
; //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
{
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
}
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。
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