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电子基础

一种基于单片机的模拟量采集滤波算法设计

牛梦毫，周前柏，师璟桐，康颖，杨光

（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

摘要：模拟量采集是嵌入式系统的一项重要功能，模拟量信号易被嵌入式系统本身或外部的噪声源所干扰，产生失真问题。针对上述问

题，本文提出了一种基于单片机的模拟量采集算法。首先采集系统空载的模拟量信号，对其进行插值、平滑滤波等预处理操作；随后对

处理后的数据进行快速傅里叶变换提取频域特征；采集系统负载模拟量信号时，对其进行相同操作并由空载信号进行反向滤波，再通过

逆傅里叶变换输出。实验结果表明，本文提出的算法能够较好地滤除噪声干扰，提升了模拟量采集的准确率。

关键词：模拟量采集；滤波算法；快速傅里叶变换；单片机

0引言里叶变换的区别展示如图1所示。快速傅里叶变换（FFT）

也只不过是离散傅立叶变换（DFT）的一种快速的算法。

模拟量采集功能是嵌入式系统中至关重要的功能，以最

数字计算机采样得到的数字信号，可以进行FFT变换。

具代表性的航空系统为例，航空系统的各子系统例如航电系

N个采样点，经过FFT之后，可以得到N个点的FFT结果。

统、飞控系统、机电系统等通常包括大量的模拟信号，中央

为了方便进行FFT运算，通常N取2的整数次方。

管理设备根据这些模拟量转换后的数字信号产生特定的控

快速傅里叶变换算法预设采样频率为Fs，信号频率F，

制输出来实现各个系统不同的控制功能，模拟量采集的精度

采样点数为N，经过快速傅里叶变换算法的变换结果就是一

和可靠性也影响整个机载系统运行的稳定性和可靠性[1]。在

个为N点的复数向量组，其中返回的每一个点就对应着一

嵌入式系统中模拟量采集易受嵌入式系统内部或外部噪声

个频率点大小，该点的模值即为该频率值下的幅度特性。

干扰，产生震荡，失真等问题，这极大地影响了嵌入式产品

功能以及整个交联系统的鲁棒性。

变换类型信号样例

目前对此问题的解决方法主要为在产品的硬件设计中

加入滤波器[2]，加强电磁兼容性设计[3]等，此类方法虽然

傅里叶变换信

可以有效滤除部分噪音干扰，但对于小成本嵌入式产品而言号输入

这类方法生产成本过高；还有一些方法在产品的软件设计中

[4][5]

加入插值滤波，平滑滤波等，此类方法虽然可以有效离散傅里叶变

换信号输入

滤除部分噪音干扰，但也仅适用部分系统平台；本文设计了

一种基于STM32单片机运行的模拟量采集滤波算法，采用

较小的成本进行噪声滤除。实验结果表明，本文提出的算法图1 傅里叶变换与离散傅里叶变换对比

能够较好地滤除噪声干扰，提升了模拟量采集的准确率。快速傅里叶变换算法假设原始信号的峰值为A，那么返

回结果除了第一个点直流分量之外的每个点的模值就是A

1傅里叶变换的N/