數(shù)字濾波是數(shù)據(jù)處理是常用、靈活、有效的方法。前面的按鍵程序已經(jīng)用到了濾波，屬于開關(guān)量濾波，這里要討論的是模擬量濾波程序，包括最常用的兩種方法，中值濾波和平均值濾波。

中值濾波的原理是，每次取最近幾個數(shù)的中間值作為輸出數(shù)據(jù)，每個波形的最高和最低幾個數(shù)被濾掉，優(yōu)點是基本保留原有數(shù)據(jù)，能有效抑制大幅值低頻尖峰干擾，俗稱椒鹽噪聲。

平均值濾波，就是對最近一些數(shù)求平均，是最常用最簡單的方法，對高頻低幅值隨機噪聲有效，缺點是會損失原始數(shù)據(jù)中的高頻分量，對高幅值干擾會擴大影響。下面的程序中應(yīng)用了移位平均算法，效率高，且不受求平均的數(shù)據(jù)數(shù)目大小的影響。兩種濾波方式都有一定延時。

AverageFilter.h

#ifndef __AVERAGEFILTER__

#define __AVERAGEFILTER__

extern "C" { // 兼容C，按C語言編譯，Keil5中的包含文件已經(jīng)加入了C++兼容，不用再加這一段

#pragma diag_remark 368 //消除 warning:  #368-D: class "" defines no constructor to initialize the following:

#include "stm32f10x.h"

#pragma diag_default 368 // 恢復(fù)368號警告

}

#define AF_MAXWINDOW 150 // 最大窗寬150

class AverageFilter

{

// Construction

public:

AverageFilter( s32 ini, u16 nNum );

// Properties

public:

u16 m_number; // 指定平均的個數(shù)，最多150

u16 m_seek; // 游標(biāo)

s32 m_summation; // 指定數(shù)組的總和

s32 m_input[AF_MAXWINDOW]; // 數(shù)據(jù)緩存

private:

// Methods

public:

s32 filter( s32 vi ); // 濾波算法

// Overwrite

public:

};

#endif

AverageFilter.cpp

/**

  ******************************************************************************

  * @file AverageFilter.cpp

  * @author Mr. Hu

  * @version V1.0.0 STM32F103VET6

  * @date 06/06/2019

  * @brief 均值濾波

  ******************************************************************************

  * @remarks

  * 采用移位平均法，大大提高效率，不受數(shù)據(jù)數(shù)量的影響

  */ 

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

extern "C" { // 兼容C，按C語言編譯，Keil5中的包含文件已經(jīng)加入了C++兼容，不用再加這一段

#pragma diag_remark 368 //消除 warning:  #368-D: class "" defines no constructor to initialize the following:

#pragma diag_default 368 // 恢復(fù)368號警告

}

#include "AverageFilter.h"

/**

  * @date 06/06/2019

  * @brief  均值濾波

  * @param ini 初始值，避免前幾個輸出數(shù)偏差太大

  * @param nNum 濾波數(shù)量，最大150，越大效果越好，但延時較多

  * @retval None

*/

AverageFilter::AverageFilter( s32 ini, u16 nNum )

: m_number(nNum)

, m_seek(0)

, m_summation(0)

{

if( m_number > AF_MAXWINDOW ) // 控制在數(shù)組范圍內(nèi)

m_number = AF_MAXWINDOW;

// 初始化數(shù)組

for( int i = 0; i < AF_MAXWINDOW; i++ )

{

m_input[i] = ini;

}

// 初始化總和

m_summation = ini * m_number;

}

/**

  * @date 06/06/2019

  * @brief  濾波算法，采用移位算法，減去第一個，加上最后一個。

  * @param vi 輸入數(shù)據(jù)

  * @retval 濾波后輸出數(shù)據(jù)

*/

s32 AverageFilter::filter( s32 vi )

{

m_summation += ( vi - m_input[m_seek] ); // 總和中減去最早的數(shù)，加上新數(shù)

// 用循環(huán)方法記錄輸入數(shù)據(jù)

assert_param(m_number <= AF_MAXWINDOW);

m_input[m_seek] = vi;

if (++m_seek >= m_number)

m_seek = 0;

// 返回平均值

return m_summation / m_number;

}

MedianFilter.h

#ifndef __MEDIANFILTER__

#define __MEDIANFILTER__

extern "C" { // 兼容C，按C語言編譯，Keil5中的包含文件已經(jīng)加入了C++兼容，不用再加這一段

#pragma diag_remark 368 //消除 warning:  #368-D: class "" defines no constructor to initialize the following:

#include "stm32f10x.h"

#pragma diag_default 368 // 恢復(fù)368號警告

}

#define DF_MAXWINDOW 21 // 最大窗寬，奇數(shù)，太大了反而不好

class MedianFilter

{

// Construction

public:

MedianFilter( s32 ini, u16 nNum );

// Properties

public:

u16 m_dfMedian; // 半窗寬，最大10

u16 m_seek; // 輸入數(shù)據(jù)指針

s32 m_input[DF_MAXWINDOW]; // 輸入數(shù)據(jù)，循環(huán)使用，不用移位，提高效率

s32 m_sort[DF_MAXWINDOW]; // 排序數(shù)據(jù)，最近輸入的數(shù)據(jù)排序，取中間值輸出

private:

// Methods

public:

s32 filter( s32 vi ); // 濾波算法

// Overwrite

public:

};

#endif

MedianFilter.cpp

/**

  ******************************************************************************

  * @file MedianFilter.cpp

  * @author Mr. Hu

  * @version V1.0.0 STM32F103VET6

  * @date 06/05/2019

  * @brief 中值濾波

  ******************************************************************************

  * @remarks

  * 中值濾波的原理是，每次取最近幾個數(shù)的中間值作為輸出數(shù)據(jù)，每個波形的最高和最低

  * 幾個數(shù)被濾掉，優(yōu)點是基本保留原有數(shù)據(jù)，相當(dāng)于去掉幾個最高數(shù)，去掉幾個最低數(shù)，能有

  * 效抑制大幅值低頻尖峰干擾，俗稱椒鹽噪聲。

  */ 

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

extern "C" { // 兼容C，按C語言編譯，Keil5中的包含文件已經(jīng)加入了C++兼容，不用再加這一段

#pragma diag_remark 368 //消除 warning:  #368-D: class "" defines no constructor to initialize the following:

#pragma diag_default 368 // 恢復(fù)368號警告

}

#include "MedianFilter.h"

/**

  * @date 06/05/2019

  * @brief  中值濾波

  * @param ini 初始值，前幾個輸出數(shù)都是這個值

  * @param nNum 濾波數(shù)，最大10，越大效果越好，但延時較多

  * @retval None

*/

MedianFilter::MedianFilter( s32 ini, u16 nNum )

: m_dfMedian(nNum)

, m_seek(0)

{

if( m_dfMedian > (DF_MAXWINDOW - 1) / 2 ) // 中值限制在數(shù)組范圍內(nèi)

m_dfMedian = (DF_MAXWINDOW - 1) / 2;

// 初始化兩個數(shù)組

for( int i = 0; i < DF_MAXWINDOW; i++ )

{

m_input[i] = ini;

m_sort[i] = ini;

}

}

/**

  * @date 06/05/2019

  * @brief  濾波算法

  * @param vi 輸入數(shù)據(jù)

  * @retval 濾波后輸出數(shù)據(jù)

*/

s32 MedianFilter::filter( s32 vi )

{

u8 w1 = m_dfMedian * 2; // 窗寬-1

assert_param(w1 < DF_MAXWINDOW);

// 計算將要移除的值在排序數(shù)組中的位置

u8 j = 0;

for (; j <= w1 && m_input[m_seek] != m_sort[j]; j++);

// 移除最早的數(shù)據(jù)并把新數(shù)據(jù)插入到適當(dāng)?shù)奈恢?p> // 如果新數(shù)據(jù)在較小半段，數(shù)據(jù)后移，否則數(shù)據(jù)前移，實現(xiàn)排序

// 只處理大于和小于情況，等于時不動

if (vi < m_input[m_seek])

{ // 向前移

while (j > 0 && vi < m_sort[j-1])

{

j--;

m_sort[j + 1] = m_sort[j];

}

}

else if (vi > m_input[m_seek])

{ // 向后移

while (j < w1 && vi > m_sort[j+1])

{

j++;

m_sort[j - 1] = m_sort[j];

}

}

// 加入新值

assert_param(j >= 0 && j < w);

m_sort[j] = vi;

// 用循環(huán)方法記錄輸入數(shù)據(jù)，高效

m_input[m_seek] = vi;

if (++m_seek > w1)

m_seek = 0;

// 返回中間值

return m_sort[m_dfMedian];

}