單片機應用系統中去除工頻干擾的快速實(shí)現

從圖1 A組可看出，該濾波器不僅對50 Hz有濾波效果，對所有頻率為50 Hz整數倍的信號都有濾波作用。因此，若采用自適應相干模板法濾除工頻干擾，則當有用信號頻帶范圍較寬，信號采樣率較高時(shí)，將對工頻干擾50 Hz及其各諧波信號都有很好的抑制作用。

因此不僅要求采樣率為50 Hz的整數倍，而且要求有用信號的最高頻率分量不超過(guò)100 Hz，否則，頻率為100 Hz的有用信號也和工頻干擾一樣被濾除。這樣，濾波后的信號將產(chǎn)生失真。

從圖1 B組可看出，濾波器的幅頻特性受M值影響較大。當M值較大時(shí)，通頻帶的紋波系數較小，阻帶寬度也較窄。也就是說(shuō)，M值越大對濾除理想的50 Hz來(lái)說(shuō)效果越好；然而，實(shí)際工頻干擾具有一定的頻率變化范圍，當M值大到超過(guò)某一值后將導致工頻干擾濾除效果下降，因此，在實(shí)際設計濾波器時(shí)，M值的選取要綜合考慮。一般M值可選256。

2 單片機實(shí)現

用自適應相干模板法去除工頻干擾，可以達到實(shí)時(shí)濾波，這由信號的采樣頻率、單片機的速度決定。若信號的采樣頻率不高，單片機速度較快，則在信號的采樣間隔時(shí)間內就能實(shí)現工頻干擾的濾除。因此，在使用該方法前，應大概估計信號濾波所需的時(shí)間（與信號的通道數成正比），再適當選擇采樣率和晶振。

為方便說(shuō)明，下面以A/D采樣精度為16位、單片機為89C51、fs＝200 Hz、M＝256為例，來(lái)討論單通道信號中工頻干擾去除的快速實(shí)現問(wèn)題。由于A(yíng)/D精度為16位，因此，單片機中所涉及的運算一般為雙字節或三字節加法或減法運算，且由于M值取為256，使得除法運算也變得極其簡(jiǎn)單，直接簡(jiǎn)化為甩掉低字節即可。

2.1 建立初始模板

如前所述，利用自適應相干模板法去除工頻干擾的關(guān)鍵在于建立工頻干擾的模板，而為實(shí)現連續濾波，首先需建立一個(gè)初始模板。