在 Microchip 8-bit MCU 上跑 DSP 之 中值滤波（Median Filter）

前言

最近发掘到一个 “宝藏”：在 Microchip 的 AN4515 应用笔记中，阐述了如何在其 AVR® EA 8 bit 微控制器（MCU）上运行多款经典的数字信号处理算法（DSP）及案例：

本文介绍一下基本使用方法和第一个案例 —— 中值滤波（Median Filter）。后续再逐步介绍 IIR 滤波器、 FFT 变换、 Kalman 滤波器等案例。

AN4515 对应的代码适用于 Microchip AVR64EA48 Curiosity Nano Evaluation Kit：

板载 MCU 型号是 AVR64EA48，具有 AVR® 8-bit CPU 并配有硬件乘法器，最高时钟速度 20 MHz ，片内资源是 64KB 闪存、6KB SRAM 和 512 字节 EEPROM。

它在 AVR® EA 系列中的位置如下：

软件需要三个方面的支持：

请注意两种 IDE 分别对应不同的案例代码，分别于 Microchip Github 不同的仓库地址（见参考资料 [4] 和 [5] ）获取。

我使用的是 MPLAB® X IDE v6.25，后续将以此 IDE 为例进行介绍。

现在我们记录一下中值滤波器（Median Filter）的案例使用情况。

首先，准备好 MPLAB® X IDE 和 AVR64EA48 Curiosity Nano 板子，我的板子如下：

由于 AVR64EA48 Curiosity Nano 板子自带 Debugger 芯片，在插上电脑后，MPLAB® X IDE 能自动识别出板子：

在 MPLAB Discover 中可以看到官方支持的所有案例，其中就有 “Digital Filters using MPLAB X” 和 “Digital Filters using Microchip Studio”，我们用的是前者：

在 “Digital Filters using MPLAB X” 可以看到代码简介，然后点击右上角 “Download” 下载代码（与直接从 Microchip Github 代码库下载一样）：

在 IDE 中导入代码工程，更新 Device Family Pack，执行编译、下载和运行操作，通常可顺利完成。

打开 MPLAB® X IDE 中的 Data Visualizer，加载代码工程目录下的 data_visualizer.dvws 文件，开启串口（在我图中串口号是 ttyACM0）后效果如下：

蓝色曲线为原始信号（代码中预存的吉他音波形），绿色曲线为中值滤波后的信号。中值滤波器有效去除了信号中的尖峰，使滤波后的波形更为平滑。

我们通过查看 main 函数可以看到代码逻辑（参考图 8）。

原始信号储预存在 sinewave 数组中。

每次取一个原始信号数据（original），并经由 MEDIANFILTER_Insert 函数计算，输出一个滤波后信号数据（filtered）。

这两个数据会通过串口传给 IDE 里的 Data Visualizer，data_visualizer.dvws 负责对这些数据的解析和呈现波形。

中值滤波算法的核心是“窗口 + 排序”，AN4515 中举了一个例子，比如 9 个数据的窗口，先对这些数据做大小排序，然后取中间排序第 5 个的数据作为“中值”：

实际代码中用的都是 UINT8/16 类型，窗口大小设定为 31 。

如果要测性能，代码中还预留了 GPIO 的 Toggle，以便于看 MEDIANFILTER_Insert 函数的运行时间。

本文基于 Microchip 的 AN4515 应用笔记，介绍了在 AVR64EA48 Curiosity Nano 板子上运行中值滤波（Median Filter）的案例。

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