提高ADC采样精度：C语言中的滤波与取平均值技巧

在嵌入式系统中，ADC（模数转换器）是常用的组件，用于将模拟信号转换为数字信号。然而，由于噪声和其他干扰因素，ADC采样值可能会波动，导致读数不稳定。为了提高ADC读数的准确性，常用的方法是进行滤波和取平均值。本文将详细介绍如何在C语言中实现ADC采样值的滤波和取平均值，并提供详细的代码示例。

代码思路

1. 初始化ADC：

   • 假设已经完成了ADC的硬件配置和初始化工作，可以通过 ADC0_get 函数读取ADC通道1的值。

2. 滤波与取平均值：

   • 使用一个环形缓冲区来存储最近的 ADC_TIME 次采样值。
   • 在每次采样后，更新最小值和最大值。
   • 每当达到 ADC_TIME 次采样时，去掉最大值和最小值，计算剩余值的平均值。
   • 重置相关变量，准备下一轮采样。

3. 计算实际电压值：

   • 将计算得到的平均值转换为实际的电压值，以便于进一步处理和显示。

代码实现

初始化ADC

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

#define ADC_CHANNEL_1 1
#define ADC_TIME 12
#define BASE_VOLTAGE 3.3
#define ADVOLTAGE_SCALE 10

uint16_t ADC0_get(uint8_t channel) {
    // 模拟ADC读取值，实际应用中应从ADC读取值
    static uint16_t value = 0;
    return value++;
}

主函数

int main() {
    uint16_t sum = 0;         // 存储ADC_TIME次采样值的总和
    uint16_t min = 4096;      // 初始化为最大值
    uint16_t max = 0;         // 初始化为最小值
    uint8_t i = 0;            // 计数器，记录当前已经读取了多少次ADC值
    float current = 0.0;      // 存储计算后的当前值

    while (1) {
        uint16_t val = ADC0_get(ADC_CHANNEL_1);  // 读取ADC值

        if (i == ADC_TIME) {
            // 滤波：去掉最大值和最小值
            sum -= min;
            sum -= max;
            uint16_t avg = sum / (ADC_TIME - 2);  // 计算平均值

            // 计算当前值：将平均值转换为实际的电压值
            current = BASE_VOLTAGE * avg * 10 / ADVOLTAGE_SCALE / 4096.0;

            // 重置变量，准备下一轮采样
            sum = 0;
            min = 4096;  // 重置最小值
            max = 0;     // 重置最大值
            i = 0;       // 重置计数器
        } else {
            // 累加值
            sum += val;
            i++;

            // 更新最小值和最大值
            if (min > val) min = val;
            if (max < val) max = val;
        }

        // 打印当前值
        printf("Current: %.2f V\n", current);
    }

    return 0;
}

原理与优势

滤波

• 去掉最大值和最小值：通过去掉最大值和最小值，可以有效滤除噪声，提高ADC读数的稳定性。
• 计算平均值：计算去掉最大值和最小值后的平均值，进一步提高了读数的准确性。

取平均值

• 多次采样：通过对 ADC_TIME 次采样值进行平均，可以平滑波动，减少随机误差的影响。
• 调整采样次数：通过调整 ADC_TIME 的值，可以平衡滤波效果和响应速度。

应用场景

1. 传感器数据采集：在温度、湿度、压力等传感器数据采集过程中，滤波和取平均值可以提高数据的准确性。
2. 电源监测：在电源监测系统中，滤波和取平均值可以减少电压波动的影响，提供更稳定的读数。
3. 信号处理：在信号处理领域，滤波和取平均值可以去除高频噪声，保留有用信号。

结论

通过上述方法，我们可以有效地对ADC采样值进行滤波和取平均值，提高读数的准确性和稳定性。这种方法在嵌入式系统中非常实用，特别是在需要高精度测量的场景中。希望本文对大家有所帮助，如果有任何问题或建议，欢迎留言交流！