摘 要： 詳細討論了高斯濾波器在單片機系統(tǒng)中的快速實現方法,，并給出了對于MCS——51系列單片機的具體實現程序，介紹的方法在實時控制,、信號檢測與處理方面有很大的實用價值,。
關鍵詞： 濾波器 快速實現 單片機 實時系統(tǒng)
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濾波器在信號處理,、信號檢測、通信領域有非常重要的應用,，在實時系統(tǒng)中,，對濾波器的性能和處理速度有非常嚴格的要求，特別是快速實時系統(tǒng)中,，處理速度至關重要,。目前，為滿足快速處理的需要,，用DSP技術是理想的選擇,。但是，目前在實時控制系統(tǒng)中,，大多是用單片機實現的,，它不僅完成信號的采樣，還需完成信號的處理和控制等功能,，如果單片機系統(tǒng)本身可以完成信號的快速處理任務,，將非常方便，我們在一個用MCS－51單片機組成的強噪聲背景下的通信系統(tǒng)中,，實現了高斯濾波器的快速實現,，滿足了系統(tǒng)的需要。
1 算法原理
高斯濾波器是一個低通濾波器，其方程
,，可以證明,，高斯濾波器可用均值濾波器多次逼近，一般情況下,，大于或等于三次逼近就可近似于高斯濾波器,，所以，在設計高斯濾波器時,，可以用設計均值濾波器逼近代替高斯濾波器,。
式中n為當前采樣點序號，N為窗口寬度,，顯然均值濾波器實際上可由一次加法運算,，一次減法運算和一次除法運算完成，而與窗口的寬度無關,，若取窗口寬度N＝2k,，則除法運算可用移位來取代。
(1)式中,，兩邊同乘N可變?yōu)椋?BR> 
即為了避免除法運算,，我們可先采用累加機來代替均值，運算結果,，再除以No上述濾波器結構可用圖1表示,。
2 均值濾波器的MCS－51快速實現方法
對于穩(wěn)定信號，上述計算非常簡單,，它只需窗口在固定存儲器上滑動即可,，對于實時信號，存儲器的內容是隨時更新,，相當于信號經過一個固定濾波器,。
設采樣信號循環(huán)存儲在RAM addrl到addrn的存儲空間中，如圖2所示,。
顯然,，最新采樣值只需取代最早存放在RAM中的數據即可，而2式中的累加和實際上就是原累加和加上最新采樣值,，減去最早采樣值,。我們用一個數據指針指向當前存放數據的存儲單元，為方便編程,，把下一個單元的內容作為最早采樣值,，如圖2中n+1時刻的f(1)，這樣窗口寬度為n+1,。
設R0為當前數據指針,，R7R6存放累加和,，當前采樣值在A中，則89C51的匯編實現程序為：
mov ＠R0,A,
INC R0
CJNE R0,#addrn,NEXT
mov R0,#addr0
NEXT: add A,R6
mov R6,A
mov A,R7
addc A, #00H
mov R7,A
CLR C
Mov A, R6
SUBB A, ＠R0
mov R6,A
mov A, R7
SUBB A, #00H
mov R7,A
設窗口寬度為N＝2k,，上述累加和只需右移k位即為均值,。
顯然，上述算法不管窗口大小如何,，其速度都一樣快,，所以，本算法對寬窗口濾波更為有效,。
上面程序如采用89系列單片機,，用24MHz晶振，只需幾個μs,，如需速度更快,，改用16位單片機，累加和在一個寄存器中,，還可減少加法和減法的時間,。
作者用上述方法在照明線數據通信系統(tǒng)中，對二值信號進行實時處理,，由于窗口寬度小于256，累加和中只用一個字節(jié),，所以,，處理時間只需5μs，令人非常滿意,。
本文討論了高斯濾波器在單片機系統(tǒng)中的快速實現,。這種方法，特別適用于實時數據采集,、處理,、控制系統(tǒng)中的濾波。實踐表明,，這種方法具有很高的實用價值,，值得推廣。
參考文獻
1 劉松強.數字信號處理系統(tǒng)及其應用.北京：清華大學出版社,，1996.9
2 孫涵芳.MCS－51/96系統(tǒng)單片機原理及應用.北京：北京航空航天大學出版社,，1988.2