CN105245202A - 一种数字滑动平均低通滤波器及其滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字滑动平均低通滤波器及其滤波方法，包含数字滤波器，所述数字滤波器包括A/D转换单元、第一计算单元、第二计算单元、第一存储单元以及第二存储单元；A/D转换单元将采样模拟信号转换成数字信号并发送至第一计算单元；第一存储单元存储第一计算单元输出的数据累加和；第二存储单元存储第一计算单元输出的数字滤波器输出值；第一计算单元分别读取第一存储单元与第二存储单元的数据并计算出当前周期的数据累加值；第二计算单元接收所述第一计算单元发送的数据并将数字滤波器输出值更新存储至第二存储单元。本发明将传统滤波方法对芯片内存空间的大量依赖优化为只需要仅仅2个存储单元的滤波方法，极大减少了方法对系统资源的依赖成度。

Description

一种数字滑动平均低通滤波器及其滤波方法

技术领域

本发明涉及数字滤器及滤波方法技术领域，特别涉及一种数字滑动平均低通滤波器及其滤波方法。

背景技术

滑动平均滤波器是一种低通滤波器，主要用于对数据的平滑处理，滤除信号中的高频成分，其通过将一定数量的输入信号进行平均，得到每点输出信号的过程完成运算。在UPS设计中针对母线电压、电池等一类参量，经常采用滑动平均滤波算法对采样误差与干扰进行去除与平滑输出。

传统滑动平均滤波器的计算方法是将采样值从一个有n项的时间序列中来计算多个连续m项序列的平均值。但由于传统的滑动平动滤波器需要不断推出采样历史值，因此必需对采样历史值进行存储，滤波深度为多少就需要存储多少个历史数据，因此占用大量芯片内存空间，如附图1所示。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种数字滑动平均低通滤波器及其滤波方法,巧妙对传统滑动平均滤波器进行改进，将传统滑动平均滤波器推出历史采样值变换为上一周期输出平均值，因此达到几乎传统滤波器效果的前提下，将传统滤波方法对芯片内存空间的大量依赖优化为只需要仅仅2个存储单元的滤波方法，极大减少了方法对系统资源的依赖成度。

本发明采用以下方案实现：一种数字滑动平均低通滤波器，包含一数字滤波器，所述数字滤波器包括一A/D转换单元、第一计算单元、第二计算单元、第一存储单元以及第二存储单元；

所述的A/D转换单元用以将采样模拟信号转换成数字信号u(k)，并发送至所述第一计算单元；

所述第一存储单元用以存储所述第一计算单元输出的数据累加和Sum；

所述第二存储单元用以存储所述第一计算单元输出的数字滤波器输出值y；

所述第一计算单元用以分别读取所述第一存储单元与所述第二存储单元的数据，并计算出当前周期的数据累加值Sum(k)，并将数据累加值Sum(k)更新存储至所述第一存储单元中，其中Sum(k)＝Sum(k-1)-y(k-1)+u(k)；

所述第二计算单元用以接收所述第一计算单元发送的数据，并计算出当前周期的数字滤波器输出值y(k)，并将数字滤波器输出值y(k)更新存储至所述第二存储单元。

进一步地，所述第一计算单元可包括依次连接的加法器和减法器，所述加法器的一输入端连接至所述A/D转换单元，所述加法器的另一输入端连接至所述第一存储单元，所述加法器的输出端连接至所述减法器的一正输入端，所述减法器的一负输入端连接至所述第二存储单元。

特别地，所述第一计算单元还可包括依次连接的减法器和加法器，所述减法器的一正输入端连接至所述A/D转换单元的输出端，所述减法器的一负输入端连接至所述第二存储单元，所述减法器的输出端连接至所述加法器的一输入端，所述加法器的另一输入端连接至所述第一存储单元。

进一步地，所述第一计算单元还可为一乘法器，所述乘法器为乘法系数为的常数乘法器，N为大于1的自然数。

进一步地，所述第一计算单元也可为一除法器，所述除法器为除法系数为N的常数除法器，其中N为大于1的自然数。

本发明还采用以下方法实现：一种数字滑动平均低通滤波器的滤波方法，包括以下步骤：

步骤S1：初始化，分别将所述第一存储单元与所述第二存储单元的数据清零，所述第一存储单元用以存储数据累加和Sum，所述第二存储单元用以存储所述数字滤波器输出值y；

步骤S2：当前采样周期内，所述数字滤波器采样模拟信号，通过所述A/D转换单元将采样模拟信号转换成数字信号u(k)；

步骤S3：当前采样周期内，所述第一计算单元计算出当前周期的数据累加值Sum(k)，并将其存储至所述第一存储单元，其中Sum(k)＝Sum(k-1)-y(k-1)+u(k)；

步骤S4，当前采样周期内，所述第二计算单元计算出当前周期的数字滤波器输出值y(k)，并将其存储至所述第二存储单元，其中 $y\left(k\right)=\frac{1}{N}Sum\left(k\right).$

进一步地，所述N取值为大于1的自然数。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明巧妙对传统滑动平均滤波器进行改进，将传统滑动平均滤波器推出历史采样值变换为上一周期输出平均值，因此达到几乎传统滤波器效果的前提下，将传统滤波方法对芯片内存空间的大量依赖优化为只需要仅仅2个存储单元的滤波方法，极大减少了方法对系统资源的依赖成度。

附图说明

图1为现有技术中滑动均值滤波器算法计算过程原理图。

图2为本发明数字滑动平均低通滤波算法计算过程原理图。

图3本发明数字滑动平均低通滤波原理图。

图4为本发明所提供方法的流程原理图。

图5为本发明的一具体实施例的数字滑动平均低通滤波原理图。

图6为本发明的另一具体实施例的数字滑动平均低通滤波原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供一种数字滑动平均低通滤波器，如图3所示，包含一数字滤波器，所述数字滤波器包括一A/D转换单元、第一计算单元、第二计算单元、第一存储单元以及第二存储单元；

所述的A/D转换单元用以将采样模拟信号转换成数字信号u(k)，并发送至所述第一计算单元；

所述第一存储单元用以存储所述第一计算单元输出的数据累加和Sum；

所述第二存储单元用以存储所述第一计算单元输出的数字滤波器输出值y；

所述第一计算单元用以分别读取所述第一存储单元与所述第二存储单元的数据，并计算出当前周期的数据累加值Sum(k)，并将数据累加值Sum(k)更新存储至所述第一存储单元中，其中Sum(k)＝Sum(k-1)-y(k-1)+u(k)；

所述第二计算单元用以接收所述第一计算单元发送的数据，并计算出当前周期的数字滤波器输出值y(k)，并将数字滤波器输出值y(k)更新存储至所述第二存储单元。

在本实施例中，一种数字滑动平均低通滤波器的滤波方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S1：初始化，分别将所述第一存储单元与所述第二存储单元的数据清零，所述第一存储单元用以存储数据累加和Sum，所述第二存储单元用以存储所述数字滤波器输出值y；

步骤S2：当前采样周期内，所述数字滤波器采样模拟信号，通过所述A/D转换单元将采样模拟信号转换成数字信号u(k)；

步骤S3：当前采样周期内，所述第一计算单元计算出当前周期的数据累加值Sum(k)，并将其存储至所述第一存储单元，其中Sum(k)＝Sum(k-1)-y(k-1)+u(k)；

步骤S4，当前采样周期内，所述第二计算单元计算出当前周期的数字滤波器输出值y(k)，并将其存储至所述第二存储单元，其中其中N取值为大于1的自然数。

在本实施例中，所述数字滑动平均低通滤波算法计算过程原理图，如图2所示，即当前累积和Sum(k)为历史累积和Sum(k-1)加上当前输入u(k)并推出一个历史平均值y(k-1)。

在一具体实施例中，如图5所示，所述第一计算单元包括依次连接的加法器和减法器，所述加法器的一输入端连接至所述A/D转换单元，所述加法器的另一输入端连接至所述第一存储单元，所述加法器的输出端连接至所述减法器的一正输入端，所述减法器的一负输入端连接至所述第二存储单元。

在另一具体实施例中，如图6所示，所述第一计算单元包括依次连接的减法器和加法器，所述减法器的一正输入端连接至所述A/D转换单元的输出端，所述减法器的一负输入端连接至所述第二存储单元，所述减法器的输出端连接至所述加法器的一输入端，所述加法器的另一输入端连接至所述第一存储单元。

特别地，在本实施例中，所述第一计算单元还可为一乘法器，所述乘法器为乘法系数为的常数乘法器，N为大于1的自然数。所述第一计算单元也可为一除法器，所述除法器为除法系数为N的常数除法器，其中N为大于1的自然数。

本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数字滑动平均低通滤波器，包含一数字滤波器，其特征在于：所述数字滤波器包括一A/D转换单元、第一计算单元、第二计算单元、第一存储单元以及第二存储单元；

所述的A/D转换单元用以将采样模拟信号转换成数字信号u(k)，并发送至所述第一计算单元；

所述第一存储单元用以存储所述第一计算单元输出的数据累加和Sum；

所述第二存储单元用以存储所述第一计算单元输出的数字滤波器输出值y；

所述第一计算单元用以分别读取所述第一存储单元与所述第二存储单元的数据，并计算出当前周期的数据累加值Sum(k)，并将数据累加值Sum(k)更新存储至所述第一存储单元中，其中Sum(k)＝Sum(k-1)-y(k-1)+u(k)；

所述第二计算单元用以接收所述第一计算单元发送的数据，并计算出当前周期的数字滤波器输出值y(k)，并将数字滤波器输出值y(k)更新存储至所述第二存储单元。

2.根据权利要求1所述的一种数字滑动平均低通滤波器，其特征在于：所述第一计算单元包括依次连接的加法器和减法器，所述加法器的一输入端连接至所述A/D转换单元，所述加法器的另一输入端连接至所述第一存储单元，所述加法器的输出端连接至所述减法器的一正输入端，所述减法器的一负输入端连接至所述第二存储单元。

3.根据权利要求1所述的一种数字滑动平均低通滤波器，其特征在于：所述第一计算单元包括依次连接的减法器和加法器，所述减法器的一正输入端连接至所述A/D转换单元的输出端，所述减法器的一负输入端连接至所述第二存储单元，所述减法器的输出端连接至所述加法器的一输入端，所述加法器的另一输入端连接至所述第一存储单元。

4.根据权利要求1所述的一种数字滑动平均低通滤波器，其特征在于：所述第一计算单元为一乘法器，所述乘法器为乘法系数为的常数乘法器，N为大于1的自然数。

5.根据权利要求1所述的一种数字滑动平均低通滤波器，其特征在于：所述第一计算单元为一除法器，所述除法器为除法系数为N的常数除法器，其中N为大于1的自然数。

6.一种如权利要求1所述数字滑动平均低通滤波器的数字滑动平均低通滤波方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：初始化，分别将所述第一存储单元与所述第二存储单元的数据清零，所述第一存储单元用以存储数据累加和Sum，所述第二存储单元用以存储所述数字滤波器输出值y；

步骤S2：当前采样周期内，所述数字滤波器采样模拟信号，通过所述A/D转换单元将采样模拟信号转换成数字信号u(k)；

步骤S3：当前采样周期内，所述第一计算单元计算出当前周期的数据累加值Sum(k)，并将其存储至所述第一存储单元，其中Sum(k)＝Sum(k-1)-y(k-1)+u(k)；

步骤S4，当前采样周期内，所述第二计算单元计算出当前周期的数字滤波器输出值y(k)，并将其存储至所述第二存储单元，其中

7.根据权利要求6所述的一种数字滑动平均低通滤波方法，其特征在于：所述N取值为大于1的自然数。