随着电子技术的不断发展， 家庭中的许多电器设备如彩电、冰箱、空调等都已贴上了智能化的标签， 为提高人们的生活质量做出了贡献。但遗憾的是， 居室的眼睛---窗户， 却迟迟未跟上时代的步伐。即使是在众多的智能化生活小区， 我们都可以发现， 几乎所有的窗户的管理仍然处在原始管理方式， 与电子技术毫不沾边， 更不用说智能化了。如果使窗户具有一定的智能， 如下雨则自动关、室内有害气体超标则自动开、有盗贼入内则自动报警等， 就会给人们的居家生活带来诸多方便， 从而进一步提高人们的生活质量。

沿着这样的思路， 我们设计了以AT89C51 单片机为中央控制器的智能窗控制系统。

该控制系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室内温度、湿度、有害气体（如媒气） 浓度等环境参数，然后与由控制键盘预置的参数临界值相比较， 从而作出开/关窗、转动/停止换气扇、降/升温（湿） 等判断， 再结合窗状态检测电路所检测到的窗状态， 发出一系列的控制命令， 完成下雨则自动关窗、室内有害气体超标则自动开窗（同时转动换气扇） 、恒温（湿） 等自动控制功能。人们还可通过控制键盘， 直接控制窗户的开/关、换气窗的转/停、温（湿） 的升/降、选择所显示参数的种类等。

二、系统组成和部分电路设计

本控制系统主要由AT89C51 单片机组成的中央控制器， 数据检测传感电路， A/D 转换器， 窗驱动控制接口电路、窗驱动电路等组成。其系统框图如图一所示。

中央控制器

中央控制器以美国ATMEL 公司的AT89C51 单片机为核心。

1. AT89C51 单片机系统具有设计简单、性能可靠、功耗低等优点。它为用户预留下足够的软、硬件资源， 可供用户进行再开发应用。该系统除内部已有的4K Flash 存储器外， 还可以扩展选址64KROM区和64KRAM区， 供用户使用。用户在系统开发时， 可以将自己的数据块和程序段、数据表， 以若干控制子程序、数据块形式存放于AT89C51 单片机的扩展ROM或RAM区中， 以便系统工作时重复使用和反复调用。由于本应用系统主要用于温度、湿度、有害气体识别、防盗安全的定点和多点测试， 片内4K Flash 存储器已能满足系统设计要求。

2. AT89C51 单片机机有三级程序存储器加密。利用该功能可防止别人非法复制程序， 从而保护知识产权。

3. AT89C51 单片机还为用户预置了P0、P1、P2、P3 四个并行I/O 口， 为该系统的数据采集和控制提供了足够的端口资源。

4. AT89C51 单片机还为用户提供一组全双工串行数据传输端口， 可用于单片机系统间的远程数据信息交换。

本系统采用P0 数据采集、控制端口， 完成控制信息的采集和控制功能。

P110~P113 作为窗状态检测端口， 完成对窗状态（即窗是否移到边框） 的检测。

数据检测传感电路

数据检测传感电路由四个部分组成：
1） 温度传感电路；
2） 湿度传感电路；
3） 有害气体传感电路；
4） 红外防盗传感电路。

为了讨论问题方便， 我们以温度传感电路为例进行分析。通常， 在自然情况下， 窗户的开关与生活环境和人体的舒适度有关， 温度的测试是该系统设计的关键。为了较好地测出温度参数， 我们选用集成温度传感器AD590（可测-55~+150 ℃） ， 其温度检测完全可以满足要求。基本电路如图二所示。

A/D 转换器

为了便于与AT89C51 单片机相连接， 同时又有利于系统设计， A/D 转换器选用了ADC0809.其分辨率为8 位，不必进行零点和满度调整。单一电源（ + 5V） 供电， 模拟量输入范围0 -5V.转换速度取决于芯片的时钟频率。

时钟频率范围为10 -500KHZ.ADC0809 有八路模拟量输入， 在本系统中只用4 路输入， 即可完成温度等4 种被测模拟量的A/D 转换。利用单片机对FOH口的数据写启动A/D 转换器， A/D 转换结束ADC0809 的EOC 向AT89C51 发出中断请求信号， CPU 再响应中断请求信号， 通过对FOH 口的读操作， 读取转换结果并送到被测量的相应存储区。

在重新选择被测量（修改各相关指针） ， 并再次启动A/D 转换后中断返回。A/D 转换器电路如图三所示。

窗驱动电路

我们可以根据驱动信号与所控对象的关系， 将窗驱动电路分解为： 移窗驱动电路； 换窗驱动电睡； 窗锁驱动电路； 温度调节驱动电路； 湿度调节驱动电路； 换气扇驱动电路； 报警驱动电路等， 分别用它们去控制1 个对象。

窗状态检测电路

可考虑采用4 个开关型磁敏器件。外窗、内窗所对应的左、右墙框各1 个。在外窗、内窗的左、右边上与磁敏器件相对应的地方各贴上一小片磁铁。当小磁铁随窗户的移动而移近相对应的磁敏器件时， 该磁敏器件的输出信号从高电平变为低电平， 表示窗户已移到相应边上。

键盘输入及显示电路

可采用Intel 公司生产的8279 通用可编程键盘显示器接口芯片。利用8279 ， 可实现对键盘显示器的自动扫描，并识别键盘上闭合键的键号， 大大节省单片机对键盘显示器的操作时间， 从而减轻单片机的负担。该键盘输入及显示电路具有显示稳定， 程序简单， 不会出现误动作等优点。

对于控制键盘， 可考虑采用微动开关制作并安装在窗户的固定边框上。通过控制键盘， 用户不但可设置各环境参数的临界值， 还可随意选择所显参数的种类， 并直接控制窗户的开/关、换气扇的转/停、温（湿） 的升/降等。

三、软件设计

该控制系统的软件主要由一个主程序和两个中断服务程序等所组成。

主程序

主程序的主要作用是在系统复位后对系统进行初始化， 如设置8279、ADC0809 等的工作方式和初始状态， 设置各中断的优先级别并开中断， 以及首次启动A/D 转换等， 然后向8279 循环送显示字符。

读键值中断服务程序

读键值中断服务程序的主要作用是在AT89C51 响应中断（有键按下则产生该中断） 后， 读出键值， 并根据键值从P0 口依序发出相应的控制命令字， 完成相应的控制功能。该中断应设为高优先级。

循环检测及A/D 转换中断服务程序

该中断服务程序的主要作用是在AT89C51 响应中断（A/D 转换结束时EOC 引脚输出高电平， 从而产生该中断） 后， 将A/D 转换结果送相应存储区， 然后判断该转换结果是否在上、下限值之间， 并根据判断结果依序发出相应的控制命令字， 完成相应的控制、报警功能。然后重新选择被转换量， 再次启动A/D 转换后返回主程序。

该中断应设为低优先级。并设为电平触发方式。

程序流程图如下：

单片机I/O口工作方式基本有以下几类：
1.准双向IO口配置（弱上拉）
小结：
• 灌电流能力强，拉电流能力弱
• 读外部状态前要先锁存“1”（断开下拉晶体管）
• 读IO口状态的原则是非高即低，只能准确识别外部的低电平信号，无法区分悬空和真正的高电平
• 作为输入时，输入阻抗不为高阻，可能出现将外部低电平误读为高电平的情况（例上拉电阻10K，外部电阻100K，IO=5*100/110=4.54V）

2.推挽输出配置
小结：
• 能真正输出高低电平，具有很强的驱动能力（灌电流，拉电流能力强）
• 如果当两个推挽输出结构相连在一起，一个输出高电平，即上面的MOS导通，下面的MOS闭合时；同时另一个输出低电平，即上面的MOS闭合，下面的MOS导通时。电流会从第一个引脚的VCC通过上端MOS再经过第二个引脚的下端MOS直接流向GND。整个通路上电阻很小，会发生短路，进而可能造成端口的损害。这也是为什么推挽输出不能实现" 线与"的原因。

3.开漏输出配置
小结：
• 通过外部上拉电阻输出高电平
• 若有外部上拉，可作为输入IO读取外部状态（同准双向IO，先锁存“1”）
• 通过外部上拉电源进行电平转换与外部器件兼容

本篇文章对于上拉电阻在单片机当中的重要作用进行了细致的介绍，相信在阅读过本篇文章之后，大家对于为什么要在单片机中添加上拉电阻有了一定的认识。希望大家在阅读过本篇文章之后能够有所收获。

在单片机系统当中，上拉电阻逐渐成为了最为稳定也最为可靠的主要组成部分。大多数人知道上拉电阻在单片机系统当中的重要作用，但却不知道为什么如此重要。

本篇文章就将为大家解释上拉电阻的重要性，为什么管脚和单片机大部分都要接上拉电阻呢? 专家称管脚和单片机接上拉电阻是必然的，上拉电阻和下拉电阻相比，上拉电阻要更胜一筹。

众所周知，上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，输入电流，电阻同时起到限流的作用。阻值的强弱只是上拉电阻的组织不同，实际上并没有什么严格区分。对于非集电极开路输出型电路或漏极开路输出型电路来说，上拉在这种类型的电路中对提升电流和电压的能力是有限的，它的主要功能还是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

通常来说，在管脚接上拉、下拉的设计方面有两个原因直接决定了上拉电阻的接入。一是在正常工作或单一故障状态下，管脚都是不应该出现不定状态的，如接头脱落后导致的管脚悬空情况。 二是从机体的功耗角度出发，长时间处于管脚等待状态下，管脚端口的电阻上不能消耗太多电流，这一点对电池供电设备的使用寿命和安全性来说尤为重要。

从抗扰的角度来说，信号端口也应当优先选择上拉电阻。接入上拉电阻时，在待机状态下源端输入常为高阻态。此时如果没有上拉电阻的接入，那么输入导线将会呈现天线效应，一旦管脚受到了辐射干扰，管脚输入状态就非常容易被感应发生变化。

除此之外，管脚接入上拉电阻后，最重要的一点就是能够提供一个泄流通道，防止高电平干扰。如果此时出现了强辐射干扰，强度甚至超过了Vcc的电平，那么导线上的高电平干扰会通过上拉电阻提供的泄流通道泻放到Vcc上去。因此，无论是怎样的辐射干扰，都不会产生误触发的情况，对系统的安全性能提供了极大的保障。

最近，一些工程师在处理IIC单片机接口的工作问题时，对外部接上拉电阻的做法感到疑惑。

由于单片机内部已经设置了上拉电阻，对于外部是否还需要接上拉的情况业界一直存在争议。 由于一些单片机型号内部就设置了上拉电阻，因此有些上拉能力够了，是可以不加上拉电阻，有些不够，那就必须在外部加上拉电阻。

在这种情况下，主要是取决于工程师所使用的单片机是否有标准的IIC标准接口。如果单片机使用了标准的IIC接口，那么接口在使能时引脚将进入漏极开路模式，可以省去外部接入的上拉电阻。但如果是使用单片机的引脚模拟IIC协议的话，就需要结合单片机引脚是否支持漏极开路模式或者上拉模式来进行判断，这种情况下一般是需要接入一个外部的上拉电阻的。

除此之外，在IIC接口接入上拉电阻，也可以起到保护作用。

由于I2C接口在工作时主要负责的是对高低电平检测的作用，一旦没有了上拉电阻的保护而直接接电源，出现器件拉低时整个系统就非常危险。根据I2C总线规范，总线空闲时两根线都必须为高。根据IIC总线规范的要求，总线空闲时两根线都必须为高。但由于IIC接口采用OpenDrain机制，本身只能输出低电平而无法主动输出高电平，所以只能通过外部上拉电阻RP将信号线拉至高电平。因此I2C总线上的上拉电阻是必须要接入的。

本文分析了基于AT89S51 单片机的角度测量的硬件组成、电路设计原理。给出了主函数的工作流程和源代码。设计样机已通过多种环境实验的测试。

角度测量仪是某控制系统中瞄准装置的关键部件。在以往的控制系统中，多数都是仅凭设备操作人员眼睛瞄准指定目标，然后作出相应的控制，这样就带来一系列问题，如操作人员的经验、瞄准装置转盘的空回都可能会严重会影响瞄准目标的精确程度，从而严重影响控制系统的精度。为了提高控制系统的瞄准精度，在控制系统的瞄准装置中增加了角度测量仪部件，操作人员瞄准目标后的角度值能够精确定量地显示在操作面板上，帮助操作人员更加准确地瞄准目标，因此，极大地提高了控制系统的控制精确度。

角度测量仪利用光电编码器读取角度值，采用AT89S51 单片机实现角度值数码显示、角度值偏差范围的发光二极管指示功能(有三个指示灯，分别指示：偏高、偏低、适中)。不论在操作的复杂程度上还是在测量的精度上，都是传统的眼瞄方法、刻度测量及标识方法无法比拟的。

作为某控制系统的瞄准装置的重要技术改进，此仪器的应用大大提高了控制系统瞄准的精度，增加瞄准偏差范围的可读性，淘汰了传统的用刻度测量和标识角度的方法，使该控制系统的整体性能得到了显着提高。此外，该角度测量仪只要稍作改动即可广泛用于其它工业控制系统中。

1、硬件基本原理

首先，角度测量仪利用单片机读取光电编码器测出的角度值，再将角度值转换成密位值并显示在数码屏上(注意： 密位(mil) 是一种角度单位，密位100 = 角度6°)。单片机判断当前角度值的偏差范围，给出控制信号点亮相应的发光二极管指示灯。此外，角度测量仪还可以通过控制面板上的开关控制实现瞄准镜照明和低温环境下瞄准镜自动除霜功能。单片机的主要功能是实现角度值数码管显示、角度值范围的发光二极管指示。该系统的难点在于确保角度值转换成密位值的转换精度和系统在非常温环境下的工作可靠性。

硬件分为以下几个模块：控制面板、单片机、光电编码器、电源、数码显示器、发光二极管匹配指示装置、周视镜与直瞄镜照明与除霜，如图1所示。

1. 1 单片机的选用

首先，根据项目的需求分析可以得知单片机要完成的主要功能是：从光电编码器(数据总线宽度是15 位) 读取角度值后，将该角度值与系统预设的角度值比较，判断瞄准的角度值范围，点亮相应的指示灯。然后将从光电编码器读得的角度值转换成密位值，发送给串行L ED 显示驱动器MAX7219 ,显示在LED 显示器上。
从以上分析可以得知，适合此需求的单片机至少应具备3 个8 位并行I/ O 端口(其中光电编码器占用2 个端口，其它占用1 个端口) ,才能有效工作。众所周知，产品的品质等级通常分为三级：军用级、工业级和商用级，其中，军用级等级最高，商用级等级最低。由于此工业控制设备通常在户外作业，工作环境比较恶劣，故单片机的品质的等级也是需要考虑的一个重要因素。

目前，MCS - 51 系列单片机技术成熟，开发所用的教材和技术资料多，开发工具齐全，市场上产品种类丰富、性价比较高、购买容易，开发语言简单易学(可以用汇编或C51) ,因此，该系列产品应用广泛，经久不衰。

经过综合考虑，单片机采用ATMEL 公司生产的AT89S51 芯片(MCS - 51 系列单片机的工业级产品) , 兼容MCS51 微控制器，4 K 字节FLASH 存贮器支持在系统编程( ISP) 1000 次擦写周期，128 字节片内RAM ,工作电压4. 0 V 到5. 5 V ,全静态时钟0 Hz 到33 MHz ,三级程序加密，4 个8 位的可编程I/ O 端口，2/ 3 个16 位定时/ 计数器，6/ 8 个中断源，全双工UART ,低功耗支持Idle 和Power down 模式，Powerdown 模式支持中断唤醒，双数据指针，上电复位标志。ATMEL 公司生产的89 系列单片机在工业、交通、仪器仪表、自动生产过程、航空、运输、汽车、家电等领域都有着极及其广泛的应用。所选型号为ATMEL 公司的AT89S51 - 24PI ,工业级。能适应- 45 ℃~ + 80 ℃环境工作。

单片机的I/ O 端口资源分配是： P0 和P2口分配给光电编码器，P1 口分配给显示驱动和匹配指示发光二极管控制以及MAX813.

1. 2 单片机主要外围电路的设计

监控电路：为了提高单片机在恶劣环境下的可靠性，必须采用μP 监控电路来增加单片机的稳定性和抗干扰能力。硬件监控电路有以下功能：(1) 上电复位：保障系统加电时能正确地启动。(2) 掉电复位：当电源失效或电压降到某一电压值以下时，产生复位信号对系统进行复位。(3)看门狗定时器：当处理器遇干扰，程序运行混乱产生"死锁"时，对系统复位。此处采用MAXIM公司的军用级芯片MAX813LMJA.
显示驱动电路： 为了节省单片机I/ O 口资源，降低单片机的计算量，选用串行L ED 显示驱动器MAX7219. 它能控制8 位共阴级L ED 数码管，具有16 级亮度控制、译码灵活，上电发光二极管全熄、只占用三根单片机I/ O 口线等优点。

单片机及主要外围电路的原理如图2 所示。

1. 3 单片机与外围器件的数据通信

单片机与光电编码器：因为光电编码器获得角度值的速度远大于单片机的工作速度，所以，单片机可以认为光电编码器上的数据总是处于"准备好"状态，单片机随时可以读取有效数据，16 位的角度值分成高8 位和低8 位两次读取，它们之间的数据是并行无条件传送。

单片机与MAX7219 :从单片机和MAX7219的工作速度来看，CPU 两次发送数据给MAX7219 的时间间隔，足以保证单片机访问MAX7219 时，MAX7219 总是处于"准备好"状态。而MAX7219 又是串行L ED 显示驱动器，因此，单片机与MAX7219 的数据传送是串行无条件传送。

单片机与MAX813 :因为单片机向MAX813发送数据时，MAX813 只等待接收单片机的初始化数据而并无其它的工作其工作速度足够快，可以认为MAX813 总是处于"准备好"状态。因此，单片机与MAX813 的数据传送也是串行无条件传送。

2、软件设计原理

角度测量仪启动工作后，单片机的工作过程是：系统启动后，初始化外部看门狗，初始化显示驱动芯片MAX7219 ,给看门狗计数器赋初值，读取光电编码器获取的角度值，当角度偏差值处在某一特定范围时，单片机发出控制信号点亮与该范围相对应的指示灯，将当前的角度值转换成密位值显示在数码屏，又重新给看门狗计数器赋初值，进入下一个工作循环。主函数的工作流程如图3 所示。

请注意，流程图中，带双线边的矩形框表示该部分为函数。在本课题的软件设计中，采用了C51 编程语言，因为用C51 编程不仅效率高，而且可读性很强。

下面给出主函数的源代码。

void main (void)
{
WDI = 0 ; / / 初始化看门狗
INItMax7219 () ; / / 初始化MAX7219 的函数
while (1) {
WDI = 1 ; / /"喂狗"
WDI = 0 ; / /"喂狗"
GetAngle () ; / / 读角度值的函数
MachView() ; / / 指示灯匹配显示的函数
GetMil () ; / / 计算密位值的函数
DisplayMil () ; / / 显示密位的函数
}
}

在主函数调用的几个函数中，InitMax7219() 的功能是初始化L ED 显示驱动器MAX7219 ,单片机向MAX7219 发送消影控制、亮度、扫描范围、译码方式信息。

GetAngle () 的功能是从光电编码器读角度值，先读高8 位，再读低8 位，然后将高8 位和低8 位合并，最后舍去最低位(光电编码器的有效数据是15 位) .

MachView() 的功能是角度偏差指示灯匹配显示，将该角度值与系统预设的角度值比较，判断瞄准的角度值是偏高、偏低还是适中。如果角度值偏高，那么单片机就发出控制命令，使偏高指示灯亮，如果偏低，则令偏低指示灯亮，否则令适中指示灯亮。

值得注意的是，计算密位值的函数GetMil() 的代码编写，要考虑角度的转换精度，在本课题中，采用了C51 中的long 型变量来分别存放密位的整数和小数部分，并将角度的小数部分放大十万倍后参加运算，保证转换精度。

DisplayMil( )的功能是驱动MAX7219 显示密位。首先显示密位，判断此角度是否进入预设区，如果是，熄灭符号灯，各位显示"0";如果没有，判断角度值是否为负，如果是，显示负号，如果是正，不显示负号，然后将角度值显示在L ED显示屏上。

3、结束语

为了使角度测量仪能在各种可能的恶劣环境下(如高温、低温、振动等环境) 正常工作，在整个设计过程中，要着重考虑的问题是硬件的可靠性和软件的可靠性。

设计时的注意事项如下：

(1)电源芯片的额定功率选择要留有余量。
(2) 元器件选择工业级或军用级产品。
(3) 采用硬件看门狗方案，防止单片机程序锁死。
本课题设计的样机已处于测试阶段，目前已通过了常温和多种环境试验的测试。

单片机主要作用是控制外围的器件，并实现一定的通信和数据处理。但在某些特定场合，不可避免地要用到数学运算，尽管单片机并不擅长实现算法和进行复杂的运算。下面主要是介绍如何用单片机实现数字滤波。

在单片机进行数据采集时，会遇到数据的随机误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的结果符合统计规律。为克服随机干扰引起的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。滤波算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强。

采用数字滤波算法克服随机干扰的误差具有以下优点

1、数字滤波无需其他的硬件成本，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问题。尤其是数字滤波可以对频率很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器做不到的。
2、数字滤波使用软件算法实现，多输入通道可共用一个滤波程序，降低系统开支。
3、只要适当改变滤波器的滤波程序或运算，就能方便地改变其滤波特性，这对于滤除低频干扰和随机信号会有较大的效果。
4、在单片机系统中常用的滤波算法有限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波等。

(1)限幅滤波算法

该运算的过程中将两次相邻的采样相减，求出其增量，然后将增量的绝对值，与两次采样允许的最大差值A进行比较。A的大小由被测对象的具体情况而定，如果小于或等于允许的最大差值，则本次采样有效;否则取上次采样值作为本次数据的样本。

算法的程序代码如下：

#defineA //允许的最大差值
chardata; //上一次的数据
char filter()
{
chardatanew; //新数据变量
datanew=get_data(); //获得新数据变量
if((datanew-data)>A||(data-datanew>A))
return data;
else
returndatanew;
}

说明：限幅滤波法主要用于处理变化较为缓慢的数据，如温度、物体的位置等。使用时，关键要选取合适的门限制A。通常这可由经验数据获得，必要时可通过实验得到。

(2)中值滤波算法

该运算的过程是对某一参数连续采样N次(N一般为奇数)，然后把N次采样的值按从小到大排列，再取中间值作为本次采样值，整个过程实际上是一个序列排序的过程。

算法的程序代码如下：

#define N11 //定义获得的数据个数
char filter()
{
charvalue_buff[N]; //定义存储数据的数组
char count,i,j,temp;
for(count=0;count
{
value_buf[count]=get_data();
delay(); //如果采集数据比较慢，那么就需要延时或中断
}
for(j=0;j
{
for(value_buff[i]>value_buff[i+1]
{
temp=value_buff[i];
value_buff[i]=value_buff[i+1];
value_buff[i+1]=temp;
}
}
returnvalue_buff[(N-1)/2];
}

说明：中值滤波比较适用于去掉由偶然因素引起的波动和采样器不稳定而引起的脉动干扰。若被测量值变化比较慢，采用中值滤波法效果会比较好，但如果数据变化比较快，则不宜采用此方法。

(3)算术平均滤波算法

该算法的基本原理很简单，就是连续取N次采样值后进行算术平均。

算法的程序代码如下：

char filter()
{
int sum=0;
for(count=0;count
{
sum+=get_data();
delay():
}
return (char)(sum/N);
}
说明：算术平均滤波算法适用于对具有随机干扰的信号进行滤波。这种信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值附近上下波动。信号的平均平滑程度完全到决于N值。当N较大时，平滑度高，灵敏度低;当N较小时，平滑度低，但灵敏度高。为了方便求平均值，N一般取4、8、16、32之类的2的整数幂，以便在程序中用移位操作来代替除法。

(4)加权平均滤波算法

由于前面所说的“算术平均滤波算法”存在平滑度和灵敏度之间的矛盾。为了协调平滑度和灵敏度之间的关系，可采用加权平均滤波。它的原理是对连续N次采样值分别乘上不同的加权系数之后再求累加，加权系数一般先小后大，以突出后面若干采样的效果，加强系统对参数变化趋势的认识。各个加权系数均小于1的小数，且满足总和等于1的结束条件。这样加权运算之后的累加和即为有效采样值。其中加权平均数字滤波的数学模型是：

式中：D为N个采样值的加权平均值：XN-i为第N-i次采样值;N为采样次数;Ci为加权系数。加权系数Ci体现了各种采样值在平均值中所占的比例。一般来说采样次数越靠后，取的比例越大，这样可增加新采样在平均值中所占的比重。加权平均值滤波法可突出一部分信号抵制另一部分信号，以提高采样值变化的灵敏度。

样例程序代码如下：
char codejq[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; //code数组为加权系数表，存在程序存储区
char codesum_jq=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
char filter()
{
char count;
char value_buff[N];
int sum=0;
for(count=0;count
{
value_buff[count]=get_data();
delay();
}
for(count=0;count
sum+=value_buff[count]*jq[count];
return(char)(sum/sum_jq);
}

(5)滑动平均滤波算法

以上介绍和各种平均滤波算法有一个共同点，即每获取一个有效采样值必须连续进行若干次采样，当采速度慢时，系统的实时得不到保证。这里介绍的滑动平均滤波算法只采样一次，将一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，得到的有效采样值即可投入使用。如果取N个采样值求平均，存储区中必须开辟N个数据的暂存区。每新采集一个数据便存入暂存区中，同时去掉一个最老数据，保存这N个数据始终是最新更新的数据。采用环型队列结构可以方便地实现这种数据存放方式。

程序代码如下：

char value_buff[N];
char i=0;
char filter()
{
char count;
int sum=0;
value_buff[i++]=get_data();
if(i==N)
i=0;
for(count=0;count
sum=value_buff[count];
return (char)(sum/N);
}

(6)低通滤波

将普通硬件RC低通滤波器的微分方程用差分方程来表求，变可以采用软件算法来模拟硬件滤波的功能，经推导，低通滤波算法如下：

Yn=a* Xn+(1-a) *Yn-1
式中 Xn——本次采样值
Yn-1——上次的滤波输出值;
，a——滤波系数，其值通常远小于1;
Yn——本次滤波的输出值。

由上式可以看出，本次滤波的输出值主要取决于上次滤波的输出值(注意不是上次的采样值，这和加权平均滤波是有本质区别的)，本次采样值对滤波输出的贡献是比较小的，但多少有些修正作用，这种算法便模拟了具体有教大惯性的低通滤波器功能。滤波算法的截止频率可用以下式计算：

fL=a/2Pit pi为圆周率3.14…
式中 a——滤波系数;
， t——采样间隔时间;
例如：当t=0.5s(即每秒2次)，a=1/32时;
fL=(1/32)/(2*3.14*0.5)=0.01Hz

当目标参数为变化很慢的物理量时，这是很有效的。另外一方面，它不能滤除高于1/2采样频率的干搅信号，本例中采样频率为2Hz，故对1Hz以上的干搅信号应采用其他方式滤除，低通滤波算法程序于加权平均滤波相似，但加权系数只有两个：a和1-a。为计算方便，a取一整数，1-a用256-a，来代替，计算结果舍去最低字节即可，因为只有两项，a和1-a，均以立即数的形式编入程序中，不另外设表格。虽然采样值为单元字节(8位A/D)。为保证运算精度，滤波输出值用双字节表示，其中一个字节整数，一字节小数，否则有可能因为每次舍去尾数而使输出不会变化。