【单片机】实现一个简单的ADC滤波器

实现一个 ADC的滤波器，PT1 滤波器（也称为一阶低通滤波器），用于对输入信号进行滤波处理。

c 复制代码

typedef struct PT1FilterSettings PT1FilterSettings;
struct PT1FilterSettings
{
 //! last Filter output value
 uint32_t filtValOld;
 
 //! Tn..FilterTimeConstant, Ts...Sampletime, F Faktor =2^F
 uint32_t filtConst1; //! (Ts+Tn)*F in 2^n
 uint32_t filtConst2; //! Ts*F
 uint32_t filtConst3; //! Tn*F
 uint8_t filtFactor; 	//! 2^F
};

/*************************************************************************************************/
/*! \brief   PT1 filter for all channels, setting are used from the observers
 \param   uint16_t uiSignalFiltIn ... input value
					PT1FilterSettings *filterSettings ... filter instance of observer
 \return  uint16_t filtert value
 \callgraph -
 **************************************************************************************************/
uint16_t pt1Filter(uint16_t uiSignalFiltIn, PT1FilterSettings *filterSettings)
{ 
  // -------- info ----------------
  // 32Bit PT1 Filter (Euler Forward)

  uint32_t signalFiltOut;


  // ------ Filter initialization to first signal sample ----
  if (!filterSettings->filtValOld)  
  {
    filterSettings->filtValOld = (uint32_t)uiSignalFiltIn << filterSettings->filtFactor; //load first value
  }
  
  signalFiltOut  = (uint32_t)uiSignalFiltIn << filterSettings->filtFactor; 	//scale value with factor
  signalFiltOut  = (filterSettings->filtConst2*signalFiltOut); 							//multiply with sample time
	signalFiltOut  = signalFiltOut + (filterSettings->filtConst3*filterSettings->filtValOld); //add old value multiplied with the time constant
  signalFiltOut >>= filterSettings->filtConst1;															//scale down the sum 
  filterSettings->filtValOld = signalFiltOut;																//save value for next sample

  return (signalFiltOut >> filterSettings->filtFactor);											//return value devided by the factor
}

下面逐行解释这段代码的功能和工作原理。

函数定义

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uint16_t pt1Filter(uint16_t uiSignalFiltIn, PT1FilterSettings *filterSettings)

参数：
- uiSignalFiltIn：输入信号，类型为 uint16_t（16 位无符号整数）。
- filterSettings：指向 PT1FilterSettings 结构体的指针，包含滤波器的设置参数。
返回值 ：返回滤波后的信号，类型为 uint16_t。

代码解析

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uint32_t signalFiltOut;

定义一个 32 位无符号整数 signalFiltOut，用于存储滤波后的信号。

滤波器初始化

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if (!filterSettings->filtValOld)  
{
    filterSettings->filtValOld = (uint32_t)uiSignalFiltIn << filterSettings->filtFactor; //load first value
}

检查 filtValOld 是否为零（即滤波器是否未初始化）。
如果是，则将输入信号左移 filtFactor 位并赋值给 filtValOld，这相当于初始化滤波器的状态。

滤波计算

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signalFiltOut  = (uint32_t)uiSignalFiltIn << filterSettings->filtFactor; 	//scale value with factor

将输入信号左移 filtFactor 位，进行缩放。

c 复制代码

signalFiltOut  = (filterSettings->filtConst2 * signalFiltOut); 							//multiply with sample time

将缩放后的信号乘以 filtConst2，通常用于与采样时间相关的计算。

c 复制代码

signalFiltOut  = signalFiltOut + (filterSettings->filtConst3 * filterSettings->filtValOld); //add old value multiplied with the time constant

将 filtValOld（上一个滤波输出值）乘以 filtConst3，并与当前信号相加。这一部分实现了滤波器的递归特性。

c 复制代码

signalFiltOut >>= filterSettings->filtConst1; //scale down the sum

将 signalFiltOut 右移 filtConst1 位，进行缩放，通常用于调整输出信号的范围。

c 复制代码

filterSettings->filtValOld = signalFiltOut; //save value for next sample

将当前的滤波输出值保存到 filtValOld，以便在下一个采样时使用。

返回值

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return (signalFiltOut >> filterSettings->filtFactor); //return value divided by the factor

返回滤波后的信号，右移 filtFactor 位以恢复到原始范围。

总结

这段代码实现了一个 PT1 滤波器，使用了简单的递归公式来平滑输入信号。主要步骤包括：

初始化滤波器状态。
对输入信号进行缩放。
结合当前信号和上一个滤波输出值进行加权计算。
更新滤波器状态以备下次使用。
返回滤波后的信号。

这种滤波器常用于信号处理，能够有效去除高频噪声，平滑信号变化。