单片机中常用滤波算法
单片机中常用滤波算法
限幅滤波算法：
将两次相邻的采样值相减，求出其增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值A进行比较。A的大小由被测对象的具体情况而定，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样值有效；否则取上次采样值做本次采样数据的样本。（用于处理变化缓慢的数据）
#define A
char data
char f ilter_1()
{
char data_new;
datanew = get_data();
if((datanew – data > A)||(data – datanew > A))
return data;
return datanew;
}
中值滤波算法：
对某一个参数连续采样N次（N为奇），然后排序（从小到大）再取中间值作为本次采样值。（去掉偶然因素引起的波动和采样器不稳定而引起的脉动干扰，要求变化缓慢）
#define N 11
char filter_2()
{
char value_buf[N];
char count , i , j , temp;
for(count=0;count { value_buf[count] = get_data(); delay(); } for(i=0; i for(j=0 ; j if(value_buf[i] > value_buf[j]) { 交换两值； } } 算术平均滤波算法： 连续N次取样，算术平均，适用于对具有随机干扰的信号进行滤波； char filter_3() { int Sum=0; for(count =0;count { Sum+=get_data(); delay(); } return (char) (Sum/N) ; } 加权平均滤波运算法： 为了协调平滑度和灵敏度之间的关系，对连续N次采样值分别乘上不同的加权系数之后再求累加和，加权系数一般先小后大，以突出后面若干采样的效果。 char code jq[N]={0,1,2,3,····12}; char code sum_jq=1+2+ (12) char filter_4() { char count; char value_buf[N]; int sum=0; for(count=0;count { value_buf[count]=get_data(); delay(); } for(count=0;count<0;count++) { sum+=value_buf[count]*jq[count]; } return (char) (sum / sumjq); } 滑动平均滤波算法： 只采样一次，将这一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，得到的有效采样值一起求平均，得到的有效采样值即可投入使用；（采用环状队列结构可以方便地实现这种数据存放方式）char value_buf[N]; char i=0; char filter_5() { char count ; int sum=0; value_buf[i++]=get_data(); if(i==N) i=0; for(count=0;count { sum=value_buf[count]; } return (char) (sum/N); } 51单片机PID的算法实现程序 用整型变量来实现PID算法，由于是用整型数来做的,所以也不是很精确,但是对于很多的使用场合,这个精度也够了，关于系数和采样电压全部是放大10倍处理的.所以精度不是很高. 但是也不是那么低,大部分的场合都够了. 实在觉得精度不够, 可以再放大10倍或者100倍处理,但是要注意不超出整个数据类型的范围就可以了.本程序包括PID计算和输出两部分.当偏差>10度全速加热,偏差在10度以内为PID计算输出. 具体的参考代码参见下面：*/ //================================================================ // pid.H // Operation about PID algorithm procedure // C51编译器Keil 7.08 //================================================================ // 作者:zhoufeng // Date :2007-08-06 // All rights reserved. //================================================================ #include #include typedef unsigned char uint8; typedef unsigned int uint16; typedef unsigned long int uint32; /**********函数声明************/ void PIDOutput (); void PIDOperation (); /*****************************/ typedef struct PIDValue { uint32 Ek_Uint32[3]; //差值保存，给定和反馈的差值 uint8 EkFlag_Uint8[3]; //符号，1则对应的为负数，0为对应的为正数 uint8 KP_Uint8; uint8 KI_Uint8; uint8 KD_Uint8; uint16 Uk_Uint16; //上一时刻的控制电压 uint16 RK_Uint16; //设定值 uint16 CK_Uint16; //实际值 }PIDValueStr; PIDValueStr PID; uint8 out ; // 加热输出 uint8 count; // 输出时间单位计数器 /********************************* PID = Uk + KP*[E(k)-E(k-1)]+KI*E(k)+KD*[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)];(增量型PID算式) 函数入口: RK(设定值),CK(实际值),KP,KI,KD 函数出口: U(K) //PID运算函数 ********************************/ void PIDOperation (void) { uint32 Temp[3]; //中间临时变量 uint32 PostSum; //正数和 uint32 NegSum; //负数和 Temp[0] = 0; Temp[1] = 0; Temp[2] = 0; PostSum = 0; NegSum = 0; if( PID.RK_Uint16 > PID.CK_Uint16 ) //设定值大于实际值否？ { if( PID.RK_Uint16 - PID.RK_Uint16 >10 ) //偏差大于10否？ { https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16 = 100; } //偏差大于10为上限幅值输出(全速加热) else { Temp[0] = PID.RK_Uint16 - PID.CK_Uint16; //偏差<=10,计算E(k) PID.EkFlag_Uint8[1]=0; //E(k)为正数 //数值移位 PID.Ek_Uint32[2] = PID.Ek_Uint32[1]; PID.Ek_Uint32[1] = PID.Ek_Uint32[0]; PID.Ek_Uint32[0] = Temp[0]; /****************************************/ if( PID.Ek_Uint32[0] >PID.Ek_Uint32[1] ) //E(k)>E(k-1)否？ { Temp[0]=PID.Ek_Uint32[0] - PID.Ek_Uint32[1]; //E(k)>E(k-1) PID.EkFlag_Uint8[0]=0; } //E(k)-E(k-1)为正数else { Temp[0]=PID.Ek_Uint32[0] - PID.Ek_Uint32[1]; //E(k) PID.EkFlag_Uint8[0]=1; } //E(k)-E(k-1)为负数 /****************************************/ Temp[2]=PID.Ek_Uint32[1]*2 ; // 2E(k-1) if( (PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2])>Temp[2] ) //E(k-2)+E(k)>2E(k-1)否？ { Temp[2]=(PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2])-Temp[2]; //E(k-2)+E(k)>2E(k-1) PID.EkFlag_Uint8[2]=0; } //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为正数 else { Temp[2]=Temp[2]-(PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2]); //E(k-2)+E(k)<2E(k-1) PID.EkFlag_Uint8[2]=1; } //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为负数 /****************************************/ Temp[0] = (uint32)PID.KP_Uint8 * Temp[0]; // KP*[E(k)-E(k-1)] Temp[1] = (uint32)PID.KI_Uint8 * PID.Ek_Uint32[0]; // KI*E(k) Temp[2] = (uint32)PID.KD_Uint8 * Temp[2]; // KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)] /*以下部分代码是讲所有的正数项叠加，负数项叠加*/ /**********KP*[E(k)-E(k-1)]**********/ if(PID.EkFlag_Uint8[0]==0) PostSum += Temp[0]; //正数和 else NegSum += Temp[0]; //负数和 /********* KI*E(k)****************/ if(PID.EkFlag_Uint8[1]==0) PostSum += Temp[1]; //正数和 else ; //空操作，E(K)>0 /****KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)]****/ if(PID.EkFlag_Uint8[2]==0) PostSum += Temp[2]; //正数和 else NegSum += Temp[2]; //负数和 /***************U(K)***************/ PostSum += (uint32)https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16; if(PostSum > NegSum ) // 是否控制量为正数 { Temp[0] = PostSum - NegSum; if( Temp[0] < 100 ) //小于上限幅值则为计算值输出 https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16 = (uint16)Temp[0]; else https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16 = 100; //否则为上限幅值输出 } else //控制量输出为负数，则输出0(下限幅值输出) https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16 = 0; } } else { https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16 = 0; } } /********************************* 函数入口: U(K) 函数出口: out(加热输出) //PID运算植输出函数 ********************************/ void PIDOutput (void) { static int i; i=https://www.360docs.net/doc/856835208.html,_Uint16; if(i==0) out=1; else out=0; if((count++)==5)//如定时中断为40MS,40MS*5=0.2S(输出时间单位),加热周期20S(100等份) { //每20S PID运算一次 count=0; i--; } } 常用的8种数字滤波算法 摘要：分析了采用数字滤波消除随机干扰的优点，详细论述了微机控制系统中常用的8种数字滤波算法，并讨论了各种数字滤波算法的适用范围。 关键词：数字滤波；控制系统；随机干扰；数字滤波算法 1 引言 在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。噪声有2大类：一类为周期性的，其典型代表为50 Hz 的工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20 ms整倍数的双积分A/D转换器，可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此他实际上是一个程序滤波。 数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，他与模拟滤波器相比有以下优点： (1)数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。 (2)模拟滤波器通常是各通道专用，而数字滤波器则可多通道共享，从而降低了成本。 (3)数字滤波器可以对频率很低(如0.01 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。 (4)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。 2 常用数字滤波算法 数字滤波器是将一组输入数字序列进行一定的运算而转换成另一组输出数字序列的装置。设数字滤波器的输入为X(n)，输出为Y(n)，则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程式表示为： 其中：输入信号X(n)可以是模拟信号经采样和A/D变换后得到的数字序列，也 几种简单的数字滤波 假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int）,子程序为get_ad(); 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 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 Kalman_Filter(float Gyro,float Accel) { Angle+=(Gyro - Q_bias) * dt; Pdot[0]=Q_angle - PP[0][1] - PP[1][0]; Pdot[1]= - PP[1][1]; Pdot[2]= - PP[1][1]; Pdot[3]=Q_gyro; PP[0][0] += Pdot[0] * dt; PP[0][1] += Pdot[1] * dt; PP[1][0] += Pdot[2] * dt; PP[1][1] += Pdot[3] * dt; Angle_err = Accel - Angle; PCt_0 = C_0 * PP[0][0]; PCt_1 = C_0 * PP[1][0]; E = R_angle + C_0 * PCt_0; K_0 = PCt_0 / E; K_1 = PCt_1 / E; t_0 = PCt_0; t_1 = C_0 * PP[0][1]; PP[0][0] -= K_0 * t_0; PP[0][1] -= K_0 * t_1; PP[1][0] -= K_1 * t_0; PP[1][1] -= K_1 * t_1; Angle += K_0 * Angle_err; Q_bias += K_1 * Angle_err; Gyro_x = Gyro - Q_bias; } 首先是卡尔曼滤波的5个方程： -=--+（1）先验估计 X k k AX k k Bu k (|1)(1|1)() -=--+（2）协方差矩阵的预测(|1)(1|1)' P k k AP k k A Q 单片机C语言程序设计师试题 一、填空题 1、设X=5AH，Y=36H，则X与Y“或”运算为_________，X与Y的“异或”运算为________。 2、若机器的字长为8位，X=17，Y=35，则X＋Y=_______，X－Y=_______（要求结果写出二进制形式）。 3、单片机的复位操作是__________（高电平/低电平），单片机复位后，堆栈指针SP的值是________。 4、单片机中，常用作地址锁存器的芯片是______________，常用作地址译码器芯片是_________________。 5、若选择内部程序存储器，应该设置为____________（高电平/低电平），那么，PSEN信号的处理方式为__________________。 6、单片机程序的入口地址是______________，外部中断1的入口地址是_______________。 7、若采用6MHz的晶体振荡器，则MCS-51单片机的振荡周期为_________，机器周期为_______________。 8、外围扩展芯片的选择方法有两种，它们分别是__________________和_______________。 9、单片机的内部RAM区中，可以位寻址的地址范围是__________________，特殊功能寄存器中，可位寻址的地址是____________________。 10、子程序返回指令是________，中断子程序返回指令是_______。 11、8051单片机的存储器的最大特点是____________________与____________________分开编址。 12、8051最多可以有_______个并行输入输出口，最少也可以有_______个并行口。 13、_______是C语言的基本单位。 14、串行口方式2接收到的第9位数据送_______寄存器的_______位中保存。 15、MCS-51内部提供_______个可编程的_______位定时/计数器，定时器有_______种工作方式。 16、一个函数由两部分组成，即______________和______________。 17、串行口方式3发送的第9位数据要事先写入___________寄存器的___________位。 18、利用8155H可以扩展___________个并行口，___________个RAM单元。 19、C语言中输入和输出操作是由库函数___________和___________等函数来完成。二、选择题 1、C语言中最简单的数据类型包括（）。 A、整型、实型、逻辑型 B、整型、实型、字符型 C、整型、字符型、逻辑型 D、整型、实型、逻辑型、字符型 2、当MCS-51单片机接有外部存储器，P2口可作为 ( )。 A、数据输入口 B、数据的输出口 C、准双向输入／输出口 D、输出高8位地址 3、下列描述中正确的是（）。 A、程序就是软件 B、软件开发不受计算机系统的限制 C、软件既是逻辑实体，又是物理实体 D、软件是程序、数据与相关文档的集合 4、下列计算机语言中，CPU能直接识别的是（）。 A、自然语言 B、高级语言 C、汇编语言 D、机器语言 5、MCS-5l单片机的堆栈区是设置在( )中。 A、片内ROM区 B、片外ROM区 C、片内RAM区 D、片外RAM区 6、以下叙述中正确的是（）。 A、用C语言实现的算法必须要有输入和输出操作 B、用C语言实现的算法可以没有输出但必须要有输入 C、用C程序实现的算法可以没有输入但必须要有输出 D、用C程序实现的算 1、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 2、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 3、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 4、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 5、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 6、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 7、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 毕业设计(论文) UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS) 题目: 冲击测试常用滤波算法研究 学院 专业 学号 学生姓名 指导教师 起讫日期 目录 摘要 (2) ABSTRACT (3) 第一章绪论 (4) 1.1课题背景 (4) 1.2国内外相关领域的研究 (4) 1.3主要研究内容与创新 (5) 1.3.1研究内容与意义 (5) 1.3.2课题的创新点 (5) 1.3.3 研究目的与技术指标 (6) 第二章数字滤波基础 (7) 2.1数字滤波算法概念 (7) 2.2数据采样与频谱分析原理 (8) 2.2.1 时域抽样定理 (8) 2.2.2 离散傅立叶变换(DFT) (8) 2.2.3 快速傅立叶变换(FFT) (9) 2.2.4 频谱分析原理 (9) 2.3常用数字滤波算法基础 (10) 2.3.1常用数字滤波算法分类 (10) 2.3.2常用数字滤波算法特点 (11) 2.3.3常用滤波算法相关原理 (13) 2.4 冲击测试采样数据 (16) 2.4.1噪声的特点与分类 (16) 2.4.2冲击测试采样数据特点 (17) 2.5 MATLAB简介 (17) 2.5.1 MATLAB功能简介 (18) 2.5.2 MATLAB的发展 (18) 第三章、冲击测试滤波算法设计及滤波效果分析 (20) 3.1 冲击测试采样数据的分析 (20) 3.2 滤波算法设计及效果分析 (21) 3.2.1 中位值平均法的设计 (21) 3.2.2限幅法和限速法的设计 (23) 3.2.3一阶滞后法的设计 (25) 3.2.4低通法的设计 (26) 第四章结论与展望 (34) 4.1冲击测试的滤波算法总结 (34) 4.2冲击测试的滤波算法展望 (34) 致谢 (36) 参考文献 (37) 附录：程序代码清单 (38) 滤波关键看你什么应用！采样频率，这个方法很多的。以下仅供参考： 1、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 2、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 3、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 4、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 5、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 自适应卡尔曼滤波 卡尔曼滤波发散的原因 如果卡尔曼滤波是稳定的，随着滤波的推进，卡尔曼滤波估计的精度应该越来越高，滤波误差方差阵也应趋于稳定值或有界值。但在实际应用中，随着量测值数目的增加，由于估计误差的均值和估计误差协方差可能越来越大，使滤波逐渐失去准确估计的作用，这种现象称为卡尔曼滤波发散。 引起滤波器发散的主要原因有两点： （1）描述系统动力学特性的数学模型和噪声估计模型不准确，不能直接真实地反映物理过程，使得模型与获得的量测值不匹配而导致滤波发散。这种由于模型建立过于粗糙或失真所引起的发散称为滤波发散。 （2）由于卡尔曼滤波是递推过程，随着滤波步数的增加，舍入误差将逐渐积累。如果计算机字长不够长，这种积累误差很有可能使估计误差方差阵失去非负定性甚至失去对称性，使滤波增益矩阵逐渐失去合适的加权作用而导致发散。这种由于计算舍入误差所引起的发散称为计算发散。 针对上述卡尔曼滤波发散的原因，目前已经出现了几种有效抑制滤波发散的方法，常用的有衰减记忆滤波、限定记忆滤波、扩充状态滤波、有限下界滤波、平方根滤波、和自适应滤波等。这些方法本质上都是以牺牲滤波器的最优性为代价来抑制滤波发散，也就是说，多数都是次优滤波方法。 自适应滤波 在很多实际系统中，系统过程噪声方差矩阵Q和量测误差方差阵R事先是不知道的，有时甚至连状态转移矩阵 或量测矩阵H也不能确切建立。如果所建立的模型与实际模型不符可能回引起滤波发散。自适应滤波就是这样一种具有抑制滤波发散作用的滤波方法。在滤波过程中，自适应滤波一方面利用量测值修正预测值，同时也对未知的或不确切的系统模型参数和噪声统计参数进行估计修正。自适应滤波的方法很多，包括贝叶斯法、极大似然法、相关法与协方差匹配法，其中最基本也是最重要的是相关法，而相关法可分为输出相关法和新息相关法。 MCS51、C8051F、A VR、PIC、MSP430单片机性能比较 引言： 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 八位单片机由于内部构造简单，体积小，成本低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。即便到了本世纪，在单片机应用中，仍占有相当的份额。由于八位单片机种类繁多，本文仅将常用的几种在性能上作一个简单的比较。 正文： 一、MCS51 应用最广泛的八位单片机首推Intel的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势。世界有许多著名的芯片公司都购买了51芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在不断翻新，把单片机世界炒得沸沸扬扬。有人推测，51芯片可能最终形成事实上的标准MCU芯片。 MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下： ?8位CPU ?4kbytes 程序存储器(ROM) ?128bytes的数据存储器(RAM) ?32条I/O口线 ?111条指令，大部分为单字节指令 ?21个专用寄存器 ?2个可编程定时/计数器 ?5个中断源，2个优先级 ?一个全双工串行通信口 ?外部数据存储器寻址空间为64kB ?外部程序存储器寻址空间为64kB ?逻辑操作位寻址功能 ?双列直插40PinDIP封装 ?单一+5V电源供电 MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、A TMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。 51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地 卡尔曼滤波算法总结-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 2015.12.12 void Kalman_Filter(float Gyro,float Accel) { Angle+=(Gyro - Q_bias) * dt; Pdot[0]=Q_angle - PP[0][1] - PP[1][0]; Pdot[1]= - PP[1][1]; Pdot[2]= - PP[1][1]; Pdot[3]=Q_gyro; PP[0][0] += Pdot[0] * dt; PP[0][1] += Pdot[1] * dt; PP[1][0] += Pdot[2] * dt; PP[1][1] += Pdot[3] * dt; Angle_err = Accel - Angle; PCt_0 = C_0 * PP[0][0]; PCt_1 = C_0 * PP[1][0]; E = R_angle + C_0 * PCt_0; K_0 = PCt_0 / E; K_1 = PCt_1 / E; t_0 = PCt_0; t_1 = C_0 * PP[0][1]; PP[0][0] -= K_0 * t_0; PP[0][1] -= K_0 * t_1; PP[1][0] -= K_1 * t_0; PP[1][1] -= K_1 * t_1; Angle += K_0 * Angle_err; Q_bias += K_1 * Angle_err; Gyro_x = Gyro - Q_bias; } 首先是卡尔曼滤波的5个方程： (|1)(1|1)() X k k AX k k Bu k -=--+（1）先验估计 (|1)(1|1)'P k k AP k k A Q -=--+（2）协方差矩阵的预测 ()(|1)'/(|1)')Kg k P k k H HP k k H R =--+（3）计算卡尔曼增益 (|)(|1)()(()(|1))X k k X k k Kg k Z k HX k k =-+--（4）进行修正 5个式子比较抽象，现在直接用实例来说： 一、卡尔曼滤波第一个式子 对于角度来说，我们认为此时的角度可以近似认为是上一时刻的角度值加上上一时刻陀螺仪测得的角加速度值乘以时间，因为d dt θω=?，角度微分等于时间的微分乘以角速度。但是陀螺仪有个静态漂移（而且还是变化的），静态漂移就是静止了没有角速度然后陀螺仪也会输出一个值，这个值肯定是没有意义的，计算时要把它减去。 由此我们得到了当前角度的预测值Angle Angle=Angle+(Gyro - Q_bias) * dt; 其中等号左边Angle 为此时的角度，等号右边Angle 为上一时刻的角度，Gyro 为陀螺仪测的角速度的值，dt 是两次滤波之间的时间间隔，我们的运行周期是4ms 或者6ms 。 同时 Q_bias 也是一个变化的量。 但是就预测来说认为现在的漂移跟上一时刻是相同的，即 Q_bias=Q_bias 将上面两个式子写成矩阵的形式 1_0 1_0 Angle dt Angle dt Q bias Q bia o s Gyr -= + 得到上式，这个式子对应于卡尔曼滤波的第一个式子 (|1)(1|1)() X k k AX k k Bu k -=--+ (|)(|1) P k k I Kg k H P k k =--（（））（5）更新协方差阵 数字滤波方法有很多种，每种方法有其不同的特点和使用范围。从大的范围可分为3类。 1、克服大脉冲干扰的数字滤波法 ㈠.限幅滤波法㈡.中值滤波法 2、抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 ㈠．算数平均㈡．滑动平均㈢．加权滑动平均㈣一阶滞后滤波法 3、复合滤波法 四、介绍 在这我选用了常用的8种滤波方法予以介绍 （一）克服大脉冲干扰的数字滤波法： 克服由仪器外部环境偶然因素引起的突变性扰动或仪器内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰，是仪器数据处理的第一步。通常采用简单的非线性滤波法。 1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）限幅滤波是通过程序判断被测信号的变化幅度，从而消除缓变信号中的尖脉冲干扰。 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 D、适用范围: 变化比较缓慢的被测量值 2、中位值滤波法 中位值滤波是一种典型的非线性滤波器，它运算简单，在滤除脉冲噪声的同时可以很好地保护信号的细节信息。 A、方法：连续采样N次（N取奇数）把N次采样值按大小排列（多采用冒泡法）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(脉冲)干扰 C、缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜 D、适用范围：对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果 （二）抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 小幅度高频电子噪声：电子器件热噪声、A/D量化噪声等。通常采用具有低通特性的线性滤波器：算数平均滤波法、加权平均滤波法、滑动加权平均滤波法一阶滞后滤波法等。 3、算术平均滤波法算术平均滤波法是对N个连续采样值相加，然后取其算术平均值作为本次测量的滤波值。 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：对滤除混杂在被测信号上的随机干扰信号非常有效。被测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：不易消除脉冲干扰引起的误差。对于采样速度较慢或要求数据更新率较高的实时系统，算术平均滤法无法使用的。比较浪费RAM 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） 对于采样速度较慢或要求数据更新率较高的实时系统，算术平均滤法无法使用的。滑动平均滤波法把N个测量数据看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的采样，把测量结果放入队尾，而去掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有N个“最新”的数据。 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 卡尔曼滤波简介及其算法实现代码 卡尔曼滤波算法实现代码（C，C＋＋分别实现） 卡尔曼滤波器简介 近来发现有些问题很多人都很感兴趣。所以在这里希望能尽自己能力跟大家讨论一些力所能及的算法。现在先讨论一下卡尔曼滤波器，如果时间和能力允许，我还希望能够写写其他的算法，例如遗传算法，傅立叶变换，数字滤波，神经网络，图像处理等等。 因为这里不能写复杂的数学公式，所以也只能形象的描述。希望如果哪位是这方面的专家，欢迎讨论更正。 卡尔曼滤波器– Kalman Filter 1．什么是卡尔曼滤波器 （What is the Kalman Filter?） 在学习卡尔曼滤波器之前，首先看看为什么叫“卡尔曼”。跟其他著名的理论（例如傅立叶变换，泰勒级数等等）一样，卡尔曼也是一个人的名字，而跟他们不同的是，他是个现代人！ 卡尔曼全名Rudolf Emil Kalman，匈牙利数学家，1930年出生于匈牙利首都布达佩斯。1953，1954年于麻省理工学院分别获得电机工程学士及硕士学位。1957年于哥伦比亚大学获得博士学位。我们现在要学习的卡尔曼滤波器，正是源于他的博士论文和1960年发表的论文《A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems》（线性滤波与预测问题的新方法）。如果对这编论文有兴趣，可以到这里的地址下载： https://www.360docs.net/doc/856835208.html,/~welch/media/pdf/Kalman1960.pdf。 简单来说，卡尔曼滤波器是一个“optimal recursive data processing algorithm（最优化自回归数据处理算法）”。对于解决很大部分的问题，他是最优，效率最高甚至是最有用的。他的广泛应用已经超过30年，包括机器人导航，控制，传感器数据融合甚至在军事方面的雷达系统以及导弹追踪等等。近年来更被应用于计算机图像处理，例如头脸识别，图像分割，图像边缘检测等等。 2．卡尔曼滤波器的介绍 （Introduction to the Kalman Filter） 为了可以更加容易的理解卡尔曼滤波器，这里会应用形象的描述方法来讲解，而不是像大多数参考书那样罗列一大堆的数学公式和数学符号。但是，他的5条公式是其核心内容。结合现代的计算机，其实卡尔曼的程序相当的简单，只要你理解了他的那5条公式。 在介绍他的5条公式之前，先让我们来根据下面的例子一步一步的探索。 假设我们要研究的对象是一个房间的温度。根据你的经验判断，这个房间的温度是恒定的，也就 利用单片机进行复杂函数计算的一种高精度算法 作者：逯伟 来源：《现代电子技术》2013年第17期 摘要：单片机在移动设备中的应用越来越广泛，要求单片机具备的数据处理能力越来越强。但单片机的资源有限，如何让其能够解算复杂函数变得非常具有实际意义，也成为困扰许多专家的难题之一。介绍了一种在汇编环境下如何利用插值法与查表法相结合进行复杂三角函数运算的方法。利用这种算法可使三角函数的解算精度达到0.000 1，存储空间减小了97%，对有关内容进行了比较全面的阐述。此方法计算精度高、应用范围广、易掌握。 关键词：单片机；复杂函数计算；插值法；查表法 中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）17?0163?02 0 引言 在各种测量及控制中，通常都要求仪器体积小、便携，所以单片机在测量仪器中的应用日益广泛。现代工业仪器智能化要求越来越高，对复杂三角函数的计算量越来越大，以目前单片机所具有的资源和技术能力，要想达到上述要求，对技术人员的编程技巧要求是非常高的，工作量也非常庞大。基于以上原因，目前特别需要研究出一种对单片机资源要求低，易编程，又能保证很高计算精度要求的算法。 1 单片机处理数据的常见方法 单片机处理数据的方法有两种：浮点数和定点数。浮点数数据运算在汇编环境下编程复杂、运算量大，对内存容量要求高，且对单片机的运算速度有很高要求，这样普通51系列单片机无法满足复杂函数的计算。定点数在数据运算中运算量较小，编程简单，速度快，但是精度低，如何做到既不降低计算精度又能保证数据处理速度，成为复杂函数在51单片机使用技术中的一个难点。 2 基本原理 求解三角函数采用的是综合运用数学中的插值法和查表法。 单纯使用查表法求解三角函数值时，如果把0～90°每隔0.01°的函数值都存储在列表中，需要存9 000个函数值，一个函数值占两个字节，9 000个函数值就是18 000 B，如果精度要求更高所需的字节更大，程序非常庞大，还要占用很大的内存空间，一般51系列单片机的内存 数据处理中的几种常用数字滤波算法 王庆河王庆山 (济钢集团计量管理处，济南250101) (济钢集团中厚板厂，济南250101) 摘要随着数字化技术的发展，数字滤波技术成为数字化仪表和计算机在数据采集中的关键性技术，本文对常用的几种数字滤波算法的原理进行描述，并给出必要的数学模型。 关键词：数据采样噪声滤波移动滤波 一、引言 在仪表自动化工作中，经常需要对大量的数据进行处理，这些数据往往是一个时间序列或空间序列，这时常会用到数字滤波技术对数据进行预处理。数字滤波是指利用数学的方法对原始数据进行处理，去掉原始数据中掺杂的噪声数据，获得最具有代表性的数据集合。 数据采样是一种通过间接方法取得事物状态的技术如将事物的温度、压力、流量等属性通过一定的转换技术将其转换为电信号，然后再将电信号转换为数字化的数据。在多次转换中由于转换技术客观原因或主观原因造成采样数据中掺杂少量的噪声数据，影响了最终数据的准确性。 为了防止噪声对数据结果的影响，除了采用更加科学的采样技术外，我们还要采用一些必要的技术手段对原始数据进行整理、统计，数字滤波技术是最基本的处理方法，它可以剔除数据中的噪声，提高数据的代表性。 二、几种常用的数据处理方法 在实际应用中我们所用的数据滤波方法很多，在计算机应用高度普及的今天更有许多新的方法出现，如逻辑判断滤波、中值滤波、均值滤波、加权平均 2中值滤波 中值滤波是对采样序列按大小排滤波、众数滤波、一阶滞后滤波、移动滤波、复合滤波 等。 假设我们采用前端仪表采集了一组采样周期为1s的温度数据的时间序列 T0为第0s 采集的温度值，Ti为第is采集的温度值。下面介绍如何应用几种不同滤波算法来计算结果温度T。 1.程序判断滤波 当采样信号由于随机干扰、误检测或变送器不稳定引起严重失真时，可采用程序判断滤波算法，该算法的基本原理是根据生产经验，确定出相邻采样输入信号可能的最大偏差△T,若超过此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉，若小于偏差值则作为此次采样值。 (1)限幅滤波 限幅滤波是把两次相邻的采集值进行相减，取其差值的绝对值△T作为比较依据，如果小于或等于△T,则取此次采样值,如果大于△T,则取前次采样值，如式(1)所示： 随机误差是有随机干搅引起的，其特点是在相同条件下测量同一个量时，其大小和符号做无规则变化而无法预测，但多次测量结果符合统计规律。为克服随机干搅引入的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可以采用软件算法实现数字滤波，其算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强，采用汇编语言来编写。 采用数字滤波算法克服随机干搅引入的误差具有以下几个优点： （1）数字滤波无须硬件，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题，尤其是数字滤波可以对 频率很高或很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。 （2）数字滤波是用软件算法实现的，多输入通道可用一个软件“滤波器”从而降低系统开支。 （3）只要适当改变软件滤波器的滤波程序或运行参数，就能方便地改变其滤波特性，这个对于低频、脉冲 干搅、随机噪声等特别有效。 常用的数字滤波器算法有程序判断法、中值判断法、算术平均值法、加权滤波法、滑动滤波法、低通滤波法和复合滤波法。 1．程序判断法： 程序判断法又称限副滤波法，其方法是把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示）。然后与两次采样允许的最大差值△Y进行比较，△Y的大小由被测对象的具体情况而定，若小于或等于△Y，则取本次采样的值；若大于△Y，则取上次采样值作为本次采样值，即 yn - yn-1|≤△Y，则yn有效， yn -yn-1|＞△Y，则yn-1有效。 式中yn ——第n次采样的值； Yn-1——第（n-1）次采样的值； △Y——相邻两次采样值允许的最大偏差。 设R1和R2为内部RAM单元，分别存放yn-1和yn，滤波值也存放在R2单元，采用MCS-51单片机指令编写的程序判断法子程序如下：付表 2．中值滤波法即对某一参数连续采样N次（一般N为奇数），然后把N次采样值按从小到大排队，再取中间值作为本次采样值。 单片机C语言程序设计师试题? 一、填空题?1、设X=5AH，Y=36H，则X与Y“或”运算为_________，X与Y的“异或”运算为________。?2、若机器的字长为8位，X=17，Y=35，则X＋Y=_______，X－Y=_______（要求结果写出二进制形式）。? 3、单片机的复位操作是__________（高电平/低电平），单片机复位后，堆栈指针SP的值是________。? 4、单片机中，常用作地址锁存器的芯片是______________，常用作地址译码器芯片是 _________________。? 5、若选择内部程序存储器，应该设置为____________（高电平/低电平），那么，PSEN信号的处理方式为__________________。? 6、单片机程序的入口地址是______________，外部中断1的入口地址是_______________。? 7、若采用6MHz的晶体振荡器，则MCS-51单片机的振荡周期为_________，机器周期为 _______________。? 8、外围扩展芯片的选择方法有两种，它们分别是__________________和_______________。?9、单片机的内部RAM区中，可以位寻址的地址范围是__________________，特殊功能寄存器中，可位寻址的地址是____________________。? 10、子程序返回指令是________，中断子程序返回指令是_______。? 11、8051单片机的存储器的最大特点是____________________与____________________分 开编址。?? 12、8051最多可以有_______个并行输入输出口，最少也可以有_______个并行口。?13、 _______是C语言的基本单位。? 14、串行口方式2接收到的第9位数据送_______寄存器的_______位中保存。? 15、MCS-51内部提供_______个可编程的_______位定时/计数器，定时器有_______种工作 方式。? 16、一个函数由两部分组成，即______________和______________。? 17、串行口方式3发送的第9位数据要事先写入___________寄存器的___________位。?18、利用8155H可以扩展___________个并行口，___________个RAM单元。? 19、C语言中输入和输出操作是由库函数___________和___________等函数来完成。?二、 选择题? 1、C语言中最简单的数据类型包括（?）。? A、整型、实型、逻辑型????????????? B、整型、实型、字符型? C、整型、字符型、逻辑型??????????? D、整型、实型、逻辑型、字符型?2、当MCS-51单片机接有外部存储器，P2口可作为?(????)。?A、数据输入口?????????????????????B、数据的输出口?????C、准双向输入／输出口?????????????D、输出高8位地址?3、下列描述中正确的是（????）。?? A、程序就是软件??????????????????? B、软件开发不受计算机系统的限制? C、软件既是逻辑实体，又是物理实体? D、软件是程序、数据与相关文档的集合?4、下列计算机语言中，CPU能直接识别的是（????）。? A、?自然语言????? B、?高级语言?????? C、?汇编语言????? D、机器语言?5、MCS-5l单片机 的堆栈区是设置在(????)中。? ??A、片内ROM区??B、片外ROM区??C、片内RAM区??D、片外RAM区?6、以下叙述中 正确的是（??）。? 单片机常用的14个C语言算法，看过的都成了大神！ 算法（Algorithm）：计算机解题的基本思想方法和步骤。算法的描述：是对要解决一个问题或要完成一项任务所采取的方法和步骤的描述，包括需要什么数据（输入什么数据、输出什么结果）、采用什么结构、使用什么语句以及如何安排这些语句等。通常使用自然语言、结构化流程图、伪代码等来描述算法。一、计数、求和、求阶乘等简单算法此类问题都要使用循环，要注意根据问题确定循环变量的初值、终值或结束条件，更要注意用来表示计数、和、阶乘的变量的初值。例：用随机函数产生100个[0，99]范围内的随机整数，统计个位上的数字分别为1，2，3，4，5，6，7，8，9，0的数的个数并打印出来。本题使用数组来处理，用数组a[100]存放产生的确100个随机整数，数组x[10]来存放个位上的数字分别为1，2，3，4，5，6，7，8，9，0的数的个数。即个位是1的个数存放在x[1]中，个位是2的个数存放在x[2]中，……个位是0的个数存放在x[10]。 void main(){int a[101],x[11],i,p;for(i=0;in； (2) m除以n得余数r； (3) 若r=0，则n为求得的最大公约数，算法结束；否则执行(4)； (4) m←n，n←r，再重复执行(2)。例如: 求m="14" ,n=6 的最大公约数. m n r 14 6 2 6 2 0 void main() { int nm,r,n,m,t; printf("please input two numbers:\n"); scanf("%d,%d", nm=n*m; if (m{ t="n"; n="m"; m="t"; } r=m%n; while (r!=0) { m="n"; n="r"; r="m"%n; } printf("最大公约数:%d\n",n); printf("最小公倍数:%d\n",nm/n); } 三、判断素数只能被1或本身整除的数称为素数基本思想：把m作为被除数，将2—INT（）作为除数，如果都除不尽，m就是素数，否则就不是。（可用以下程序段实现） void main() { int m,i,k; printf("please input a number:\n"); scanf("%d", k=sqrt(m); for(i=2;iif(m%i==0) break; if(i>=k) printf("该数是素数"); else printf("该数不是素数"); } 将其写成一函数,若为素数返回1，不是则返回0 int prime( m%) {int i,k; k=sqrt(m); for(i=2;iif(m%i==0) return 0; return 1; } 四、验证哥德巴赫猜想（任意一个大于等于6的偶数都可以分解为两个素数之和）基本思想：n为大于等于6的任一偶数，可分解为n1和n2两个数，分别检查n1和n2是否为素数，如都是，则为一组解。如n1不是素数，就不必再检查n2是否素数。先从n1=3开始，检验n1和n2（n2=N-n1）常用的8种数字滤波算法
数字滤波算法
卡尔曼滤波算法总结
单片机c语言设计试题答案
10种常用滤波方法
基于Matlab的常用滤波算法研究(含代码)讲解
滤波各种算法优缺点
几种卡尔曼滤波算法理论
常见单片机及性能比较
卡尔曼滤波算法总结
各种滤波算法比较
卡尔曼滤波简介及其算法实现代码
利用单片机进行复杂函数计算的一种高精度算法
数据处理中的几种常用数字滤波算法
常用7种软件滤波
单片机c语言设计试题答案
单片机常用的14个C语言算法,看过的都成了大神!