一种基于AVR单片机的工频干扰滤除快速算法

文章摘要：假设有用信号2V大小的直流信号，工频干扰是峰峰值为1V，频率为50Hz的正弦波，建立单片机AD的输入信号表示形式如下：2+0.5 sin(2π×50×t)VMLAB通过工程文件来管理和控制各种仿真信息、硬件连接以及显示I/O电压波形等。根据本算法的特点，采用Atmega16作为目标单片机，时钟选为8MHz，建立工程文件。恰当设置OCR0等存储，使计数器比较匹配中断的时间间隔约为2ms，这样AD的采样频率Fs近似认为等于500Hz。经过仿真，对比结果如表3。表3 Fs=500Hz时仿真结果对比 aDA输出纹波峰峰值衰减幅度DA输出均值收敛时间0.80.36V-8.8dB1.99V约为100ms0

一种基于AVR单片机的工频干扰滤除快速算法,标签：单片机开发,单片机原理,单片机教程,http://www.88dzw.com

假设有用信号2V大小的直流信号，工频干扰是峰峰值为1V，频率为50Hz的正弦波，建立单片机AD的输入信号表示形式如下：

2+0.5 sin(2π×50×t)

VMLAB通过工程文件来管理和控制各种仿真信息、硬件连接以及显示I/O电压波形等。根据本算法的特点，采用Atmega16作为目标单片机，时钟选为8MHz，建立工程文件。恰当设置OCR0等存储，使计数器比较匹配中断的时间间隔约为2ms，这样AD的采样频率Fs近似认为等于500Hz。经过仿真，对比结果如表3。

表3 Fs=500Hz时仿真结果对比

a	DA输出纹波峰峰值	衰减幅度	DA输出均值	收敛时间
0.8	0.36V	-8.8dB	1.99V	约为100ms
0.85	0.28V	-11.1dB	1.99V	约为120ms
0.9	0.2V	-14dB	1.98V	约为145ms
0.95	0.1V	-20dB	1.95V	约为210ms

a DA输出纹波峰峰值 衰减幅度 DA输出均值 收敛时间
0.8 0.36V -8.8dB 1.99V 约为100ms
0.85 0.28V -11.1dB 1.99V 约为120ms
0.9 0.2V -14dB 1.98V 约为145ms
0.95 0.1V -20dB 1.95V 约为210ms

从表3可以看出：随着α的增大，算法收敛的时间变长，同时50Hz对应的衰减幅度增加，衰减的幅度值和理论推导基本一致。另外，当a=0.95时，DA输出的均值变小。这主要是进行循环迭代运算时，需要将16位的变量转化为8位表示形式所导致的。在有用信号失真较小的情况下，为使滤波器达到降低工频干扰的最佳效果，必须恰当选择a值。经过以上的仿真试验可以发现，当a=0.9时，衰减幅度、DA输出均值和算法收敛时间表现比较均衡，可以作为一般情况下的选择值。

    将VMLAB中虚拟示波器的显示数据导出到一个*.cvs文件中，用matlab读出这些数据，并画出不同a值对应的输出响应，如图4。从图4可以清晰看出不同a值下算法的性能变化的大致走向。

将AD的采样间隔设置为4ms，对应的采样频率Fs就变为250Hz，其它条件不变。通过VMLAB进行仿真，对比结果如表4、图5。

表4 Fs=250Hz时不同a值仿真结果对比

a	DA输出纹波峰峰值	衰减幅度	DA输出均值	收敛时间
0.8	0.20V	-14.0dB	1.98V	约为220ms
0.85	0.16V	-15.9dB	1.98V	约为240ms
0.9	0.14V	-17.1dB	1.97V	约为270ms
0.95	0.06V	-24.4dB	1.95V	大于500ms

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