资料ADCDMA滤波

在主处理器允许下，
让外设和内存直接读写，这样就释放了主处理器，
这个东西就是DMA。
打个比方：
一个MCU是个公司。
老板就是主处理器
员工是外设
仓库就是内存
从前 仓库的东西都是老板管的。
员工需要原料工作，就一个个报给老板，老板去仓库里一个一个拿。
员工作好的东西，一个个给老板，老板一个个放进仓库里。
老板很累，虽然老板是超人，也受不了越来越多的员工和单子。
最后老板雇了一个仓库保管员，它就是DMA
他专门负责入库和出库，
只需要把出库和入库计划给老板过目
老板说 OK，就不管了。
后面的入库和出库过程，
员工只需要和这个仓库保管员打交道就可以了。
--------闲话，马七时常想，让设备与设备之间开DMA，岂不更牛X
比喻完成。
ADC 是个高速设备，前面提到。
而且 ADC 采集到的数据是不能直接用的。即使你再小心的设计外围电路，测的离谱的数据总会出现。
那么通常来说，是采集一批数据，然后进行处理，这个过程就是软件滤波。
DMA用到这里就很合适。让ADC 高速采集，把数据填充到RAM 中，填充一定数量，比如32 个，64 个MCU再来使用。
-----多一句，也可以说，单次ADC 毫无意义。
下面我们来具体介绍，如何使用DMA来进行ADC 操作。
初始化函数包括两部分，DMA 初始化和ADC 初始化
我们有多个管理员--DMA
一个管理员当然不止管一个DMA 操作。所以DMA有多个Channel

以下是程序分析：
程序基于STM32F103VET6，库函数实现
RCC部分：（忽略系统时钟配置）
   //启动DMA时钟
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);   
    //启动ADC1时钟   
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
GPIO部分：(ADC引脚参见上表)
   //ADC_CH10--> PC0   
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;   
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;//模拟输入   
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
    // PC2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;   
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;   
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);  
ADC1配置：（两外部输入，另采样内部温度传感器）
void ADC1_Configuration(void)   
{   
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;   
   
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //转换模式为独立，还有交叉等非常多样的选择   
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;   
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;  //连续转换开启   
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;   
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 3;     //设置转换序列长度为3，三通道   
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);   
      
    //ADC内置温度传感器使能（要使用片内温度传感器，切忌要开启它）   
    ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);   
      
    //常规转换序列1：通道10   
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);   
    //常规转换序列2：通道16（内部温度传感器），采样时间>2.2us,(239cycles)   
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 2, ADC_SampleTime_239Cycles5);
     ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5);  
     //输入参数：ADC外设，ADC通道，转换序列顺序，采样时间
    // Enable ADC1   
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);   
    // 开启ADC的DMA支持（要实现DMA功能，还需独立配置DMA通道等参数）   
    ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);   
      
    // 下面是ADC自动校准，开机后需执行一次，保证精度   
    // Enable ADC1 reset calibaration register   
    ADC_ResetCalibration(ADC1);   
    // Check the end of ADC1 reset calibration register   
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));   
   
    // Start ADC1 calibaration   
    ADC_StartCalibration(ADC1);   
    // Check the end of ADC1 calibration   
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));   
    // ADC自动校准结束---------------   
     ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //ADC启动   
}  
DMA配置：（无软件滤波）
void DMA_Configuration(void)   
{   
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;   
      
    DMA_DeInit(DMA1_Channel1);   
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;   //DMA外设地址，在头部定义
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value;         //内存地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;                 //外设至内存模式
    //BufferSize=2，因为ADC转换序列有2个通道   
    //如此设置，使序列1结果放在AD_Value[0]，序列2结果放在AD_Value[1]   
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 3;                                           //一次转换三个
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;   //接受一次后，设备地址不后移
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;        //接受一次后，内存地址后移
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;   //每次传输半字
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;   
    //循环模式开启，Buffer写满后，自动回到初始地址开始传输   
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;   
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;   
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;   
    DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);   
    //配置完成后，启动DMA通道   
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);   
}
此DMA例程用于单次ADC转换，配合软件滤波可做如下改动：
全局声明：
vu16 AD_Value[30][3];   //AD采样值
vu16 After_filter[3];   //AD滤波后
DMA部分：(带中断滤波)
void DMA_Configuration(void)   
{   
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;   
      
    DMA_DeInit(DMA1_Channel1);   
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address;   
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&AD_Value;   
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;   
    //BufferSize=2，因为ADC转换序列有2个通道   
    //如此设置，使序列1结果放在AD_Value[0]，序列2结果放在AD_Value[1]   
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 90;   
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;   
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;   
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;   
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;   
    //循环模式开启，Buffer写满后，自动回到初始地址开始传输   
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;   
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;   
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;   
    DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);   
    //配置完成后，启动DMA通道   
    DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);
DMA_ITConfig(DMA1_Channel1, DMA_IT_TC, ENABLE); //使能DMA传输完成中断
   
}
NVIC部分：
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQChannel;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);          // Enable the DMA Interrupt
stm32f10x_it.c文件：
void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC1) != RESET)
{
  filter();
  DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC1);
}
}
滤波部分：（均值滤波）
#define N 30
void filter(void)
{
   int  sum = 0;
   u8 count,i;
   for(i=0;i<2;i++)
   {
    for ( count=0;count<N;count++)
    {
       sum += AD_Value[count][i];
    }
    After_filter[i]=sum/N;
    sum=0;
   }
   
}
采样数据与实际电压/温度转换：
u16 GetTemp(u16 advalue)   
{   
    u32 Vtemp_sensor;   
    s32 Current_Temp;   
      
//    ADC转换结束以后，读取ADC_DR寄存器中的结果，转换温度值计算公式如下：   
//          V25 - VSENSE   
//  T(℃) = ------------  + 25   
//           Avg_Slope   
//   V25：  温度传感器在25℃时 的输出电压，典型值1.43 V。   
//  VSENSE：温度传感器的当前输出电压，与ADC_DR 寄存器中的结果ADC_ConvertedValue之间的转换关系为：   
//            ADC_ConvertedValue * Vdd   
//  VSENSE = --------------------------   
//            Vdd_convert_value(0xFFF)   
//  Avg_Slope：温度传感器输出电压和温度的关联参数，典型值4.3 mV/℃。   
   
    Vtemp_sensor = advalue * 330 / 4096;   
    Current_Temp = (s32)(143 - Vtemp_sensor)*10000/43 + 2500;   
    return (s16)Current_Temp;   
}   
   
u16 GetVolt(u16 advalue)   
{
   
    return (u16)(advalue * 330 / 4096);   
}
滤波部分思路为：ADC正常连续采样三个通道，由DMA进行搬运，一次搬运90个数据，即为1-2-3-1-2-3循环，每个通道各30次，存在 AD_Value[30][3]中，30为每通道30个数据，3为三个通道，根据二维数组存储方式此过程自动完成。而每当一次DMA过程结束后，触发 DMA完成中断，进入滤波函数将30个数据均值成一个， 存入After_filter[3]。整个过程滤波计算需要CPU参与，而在程序中采样结果值随时均为最新，尽力解决程序复杂性和CPU负载。 x=GetVolt(After_filter[0]);即可得到即时电压值。

 

几种软件滤波算法的原理和比较（带源码）

第1种方法：限幅滤波法（又称程序判断滤波法）

　　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。

第2种方法：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。

第3种方法：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 。

第4种方法：递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

　　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。

第5种方法：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。

第6种方法：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 。

第7种方法：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。

第8种方法：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，越接近现时刻的资料，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。

第9种方法：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。

第10种方法：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。

第11种方法：IIR 数字滤波器

　　A方法： 确定信号带宽， 滤之。 Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)。

　　B优点： 高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）。

　　C缺点： 运算量大。

部分程序：

1、限副滤波
/* 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 */

#define A 10
char value;
char filter()
{
char new_value;
new_value = get_ad();
if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A )
return value;
return new_value;

}

2、中位值滤波法
/* N值可根据实际情况调整
排序采用冒泡法*/

#define N 11
char filter()
{
char value_buf[N];
char count,i,j,temp;
for ( count=0;count<N;count++)
{
   value_buf[count] = get_ad();
   delay();
}
for (j=0;j<N-1;j++)
{
   for (i=0;i<N-j;i++)
   {
    if ( value_buf>value_buf[i+1] )
    {
     temp = value_buf;
     value_buf = value_buf[i+1];
     value_buf[i+1] = temp;
    }
   }
}
return value_buf[(N-1)/2];
}

3、算术平均滤波法
/*
*/

#define N 12
char filter()
{
int sum = 0;
for ( count=0;count<N;count++)
{
   sum + = get_ad();
   delay();
}
return (char)(sum/N);
}

4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
/*
*/

#define N 12
char value_buf[N];
char i=0;
char filter()
{
char count;
int sum=0;
value_buf[i++] = get_ad();
if ( i == N ) i = 0;
for ( count=0;count<N,count++)
sum = value_buf[count];
return (char)(sum/N);
}

5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
/*
*/

#define N 12
char filter()
{
char count,i,j;
char value_buf[N];
int sum=0;
for (count=0;count<N;count++)
{
   value_buf[count] = get_ad();
   delay();
}
for (j=0;j<N-1;j++)
{
   for (i=0;i<N-j;i++)
   {
    if ( value_buf>value_buf[i+1] )
    {
     temp = value_buf;
     value_buf = value_buf[i+1];
     value_buf[i+1] = temp;
    }
   }
}
for(count=1;count<N-1;count++)
sum += value[count];
return (char)(sum/(N-2));
}

6、限幅平均滤波法
/*
*/
略 参考子程序1、3

7、一阶滞后滤波法
/* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0~100 */

#define a 50
char value;
char filter()
{
char new_value;
new_value = get_ad();
return (100-a)*value + a*new_value;
}

8、加权递推平均滤波法
/* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/

#define N 12
char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};
char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
char filter()
{
char count;
char value_buf[N];
int sum=0;
for (count=0,count<N;count++)
{
   value_buf[count] = get_ad();
   delay();
}
for (count=0,count<N;count++)
sum += value_buf[count]*coe[count];
return (char)(sum/sum_coe);
}

9、消抖滤波法

#define N 12
char filter()
{
char count=0;
char new_value;
new_value = get_ad();
while (value !=new_value);
{
   count++;
   if (count>=N) return new_value;
   delay();
   new_value = get_ad();
}
return value;
}

10、限幅消抖滤波法
/*
*/
略 参考子程序1、9