一种基于AVR单片机的工频干扰滤除快速算法

一种基于AVR单片机的工频干扰滤除快速算法

一种基于AVR单片机的工频干扰滤除快速算法
摘要：提出了一种利用数字滤波器滤除工频干扰的快速算法。这种算法从AVR单片机内部
硬件乘法器的特点出发，采用分配系统数法进行低通数字滤波器设计。经过VMLAB集成开
发环境的仿真验证，算法速度快、代码效率高、滤波效果理想。
    关键词：单片机 定点小数 FIR 工频干扰 分配系数法 VMLAB
工频干扰广泛存在各种工业现场中，其产生的途径主要包括输电馈线、照明设备、发
动机以及各种电子仪器设备等。一般可以通过滤波电路消除工频干扰，但这必将增加硬
件结构的复杂程度。实际上，还可以采用数字信号处理的相关算法，通过软件滤波器滤
除工频干扰。软件滤波算法的采用，无疑会在简化电路结构的同时，使系统的硬件资源
得到更加充分的利用，并达到降低产品成本的要求。
AVR单片机是Atmel公司生产的8位精简指令集（RISC）单片机。与同类单片机相比，
在运算速度、外设资源、灵活性等方面性能均衡，性价比较高。AVR单片机适合C语言开
发，Mega系列AVR单片机还有一个内部硬件乘法器单元。这些特点都为软件滤波器的实现
提供了极大的便利。
1 滤波算法
常用的单片机滤波算法包括中值滤波、增色值滤波、滑动平均以及复合滤波算法等。
工频干扰的频率范围在50Hz附近，可以采用一个截止频率远低于50Hz的低通滤波器来滤
除工频干扰。

   
假设输入信号x(t)，输出信号y(t)，则一个RC低通滤波器表达式为：τ[dy(t)]/dt+y(t)
=x(t),其中τ为时间常数。
连续时间信号经过采样后成为离散时间信号，低通滤波器的表达式也变为：
τ[y(t)-y(k-1)]/ Δt+y(k)=x(t)     (1)
Δt为采样时间间隔，k为归一化时间。
由（1）式可得：
y(k)=[1/(1+τ/Δt)]x(