Как в Си определить выход за приделы кода (переполнение) результата операции ?

[dosikus]

Могу привести пример, если надо.

Обязательно.

[electroTrash]

Тем не менее, любая помеха по АЦП будет сдвигать усреднённое значение на дельта/2, а потом плавно приближаться к среднему. Не гуд.

Да что там , при таком "методе" получения среднего случайная ошибка при любом количестве членов суммирования будет не меньше случайной ошибки среднего от всего лишь двух измерений. Это собственно показывает ущербность алгоритма ТС, лучше брать сумму с запасом разрядности (т.е. без проверки переполнения) и сдвигать, чем суммировать неопределенное количество значений и делить.

[SasaVitebsk]

Обязательно.

При использовании скользящего среднего, к примеру, с 16 выборками, при разрядности АЦП 10 бит вам понадобится 16*2+2 байта на 1 канал. Что не мало.
При фильтрации без использования плавучки я использую 2 метода. Первый алгоритмический. Он жёсткий. То есть не меняется в процессе исполнения. Но зато достаточно быстрый.
1. Строится фильтр. Потом корректируются коэффициенты с учётом двочного деления. Перепроверяется фильтр с учётом этих коэффициентов. Здесь воможно несколько итераций.
2. Конечная формула приводится к сумированиям и сдвигам.
Выглядит примерно так:

 int16_t	x2,x1,x0,y0,y1,y2,z0,z1,z2;
...
   x2=Adc[TekChan].X2;									// Загрузить предыдущее значение
   x1=Adc[TekChan].X2=Adc[TekChan].X1;					// Загрузить предыдущее значение
   x0=Adc[TekChan].X1=InpAdc[TekChan];					// Прочитать значение АЦП
   y2=Adc[TekChan].Y2;									// Загрузить предыдущее значение Y2
   y1=Adc[TekChan].Y2=Adc[TekChan].Y1;					// Загрузить предыдущее значение Y1, Переписать значение Y2
   y0=Adc[TekChan].Y1=((((((((((y1-y2)››1)+(y1-y2))››1)+(x0+x2))››1)+x1)››1)-y2)››2)+y1;				// Переписать значение Y1
   z2=Adc[TekChan].Z2;									// Загрузить предыдущее значение Z2
   z1=Adc[TekChan].Z2=Adc[TekChan].Z1;					// Загрузить предыдущее значение Z1
   z0=Adc[TekChan].Z1=((((((((((((y0+y2)››1)+y1)››1)+((y0+y2+z1)))››1)+((y1-z2)))››1)+z1)››1)-z2)››1)+z1; // Высчитать z0-результат
   if(z0›0)Adc[TekChan].bADCReal=z0;
   else Adc[TekChan].bADCReal=0;						// При малых отрицательных значениях, обусловленных работой фильтра приравнять к нулю
   Flag.fADCConv=0;										// Сбросить флаг
   Flag.fADCResult=1;									// Результат измерений получен

Второй метод основан на следующем простом свойстве. Например нам нужно число X умножить на 0.3478. Берём 2^15 = 32768 и умножаем на 0.3478 получаем 11397 округлённо (то есть реальный коэффициент будет 11397/32768 = 0,347808838 ). То есть если взять X, умножить на 11397 и разделить на 32768, то получим нужный результат. С точки зрения проца надо перемножить 2 16-битных числа и старших 2 байта сдвинуть на 1 бит. То есть значительно проще деления.

Прога выглядит так

// Фильтр 2-го порядка исходя из формулы y0^ = a0*(x0+x2)+a1*x1 + b1*y0 + b2*y1 + c1*y0
// где a и b - коэффициенты, c - целая часть y0
// После выполнения производится сдвиг y.
// y1 -› y2, y0 -› y1, y0^ -› y0;
//
// В процедуру передаётся 2 параметра
// 1 - указатель на значения, в последовательности: x0,x1,x2,y0,y1,y2
// 2 - указатель на значения коэффициентов в последовательности: a0,a1,b1,b2,c1
// По финишу результат делится на 32768

struct	data_s
{
  int16_t		x[3],y[3];								// Данные фильтра
};

struct	coef_s
{
  int16_t		a0, a1, b1, b2, c1;						// Коэффициенты фильтра
};

void iir2_16(uint8_t * data, uint8_t * coef)
{
  struct data_s	*d_s;
  struct coef_s	*c_s;
  int32_t		acc;
  
  d_s = (struct data_s *) data;
  c_s = (struct coef_s *) coef;
  acc = (int32_t)(d_s-›x[0] + d_s-›x[2]) * (int32_t)c_s-›a0;
  acc += (int32_t)d_s-›x[1] * (int32_t)c_s-›a1;
  acc += (int32_t)d_s-›y[0] * (int32_t)c_s-›b1;
  acc += (int32_t)d_s-›y[1] * (int32_t)c_s-›b2;
  acc ››= 15;
  acc += d_s-›y[0] * c_s-›c1;
  d_s-›y[2] = d_s-›y[1];
  d_s-›y[1] = d_s-›y[0];
  d_s-›y[0] = acc;
}

Вызывать примерно так

// Фильтр Баттерворта 4 порядка 1000 -› 100; 200  = -30 дб
//
// 1 звено y0 = 0,061885*(x0+x2) + 0,123770*x1 + 1,048600*y1 - 0,296140*y2
// Коэффициенты a0,a1,b1,b2,c1 = 2028, 4056, 1593, -9704, 1 
// 2 звено y0 = 0,077956*(x0+x2) + 0,155913*x1 + 1,320910*y1 - 0,632739*y2
// Коэффициенты a0,a1,b1,b2,c1 = 2554, 5109, 10516, -20734, 1
//
int16_t			fltr_c1[5] = {2028, 4056, 1593, -9704, 1},
				fltr_c2[5] = {2554, 5109, 10516, -20734, 1};
.....
// Каналы АЦП
struct	data_ADC
{
  int16_t		x[3],y[3],z[3];							// Данные фильтра
  uint16_t		tek_dempf,								// значение текущего демпфирования
  				dempf,									// заданное демпфирование
				chan;									// Канал АЦП
  uint16_t		min,									// Уровень, ниже которого меняется цвет
  				max;									// Уровень, выше которого меняется цвет
  int8_t		lvl;									// Уровень столбика светодиодов
  uint32_t		col;									// Цвет столбика светодиодов
//  uint8_t		nlin;									// Номер линейки
};

.....



	lin[cnt_line].x[2] = lin[cnt_line].x[1];			// Коэффициенты x переписать
	lin[cnt_line].x[1] = lin[cnt_line].x[0];			// Коэффициенты x переписать
	lin[cnt_line].x[0] = ADC;							// Прочитать АЦП
	iir2_16((uint8_t *)&lin[cnt_line].x[0],(uint8_t *)fltr_c1);// Первое звено фильтра
	iir2_16((uint8_t *)&lin[cnt_line].y[0],(uint8_t *)fltr_c2);// Второе звено фильтра

....
bright = lin[cnt_line].z[0];

На 32-ух битном процессоре ошибка при расчёте коэффициентов очень маленькая, что практически не требует плавучки на простых фильтрах. Скажу честно, что делал и режекторные и полосовые фильтра. Например DTMF разбирал и демодуляцию делал. Всё работает.

Где-то на электрониксе я более подробно описывал. Могу поискать. Это какие-то первые п/п из старых проектов. Сейчас немного не так пишу, но сути не меняет.

Попробую также скинуть прогу, очень простую, которая позволит фильтр построить и посмотреть его АЧХ. Хотя я и сам аналогичную делал.

[SasaVitebsk]

прога. Удобнее конечно фильтра строить в QED2000 или в FiltrSolution, но для начинающих простую прогу кину.

[alvadep]

Вот еще простой ФНЧ фильтр.
Значение рассчитывается после каждой выборки по формуле (A*NEW+B*OLD)/(A+B), где NEW - новое значение выборки, OLD - предыдущее рассчитанное значение, A и B - коэффициенты фильтра. Например, (1*NEW+7*OLD)/8. Меняя соотношение коэффициентов можно получать разную степень фильтрации. Очень просто и минимум ресурсов.

[electroTrash]

if (sumADC›~temp16)

temp16 += sumADC; // новая сумма
if(sumADC›temp16)// сравнение старого и нового результата

sumADC+=temp16;
if (sumADC‹temp16)

Все эти условия проверки имеют ошибки, так сказать "слабые точки".
Правильно так:

if(sumADC|temp16)›(temp16+sumADC) // условие проверки переполнения
// отключаем АЦП
ADCSRA&=~(1‹‹ADEN);

[niXto]

Второй метод основан на следующем простом свойстве. Например нам нужно число X умножить на 0.3478. Берём 2^15 = 32768 и умножаем на 0.3478 получаем 11397 округлённо (то есть реальный коэффициент будет 11397/32768 = 0,347808838 ). То есть если взять X, умножить на 11397 и разделить на 32768, то получим нужный результат. С точки зрения проца надо перемножить 2 16-битных числа и старших 2 байта сдвинуть на 1 бит.

А почему бы не умножать на 22793? Тогда ничего сдвигать не надо

[alvadep]

Все эти условия проверки имеют ошибки, так сказать "слабые точки".

Примеры "слабых точек" в студию.

[SasaVitebsk]

А почему бы не умножать на 22793? Тогда ничего сдвигать не надо

Положительные коэффициенты умножяются на 32768, а отрицательные на -32767.
По большому счёту можно оптимизировать. Я специально привёл какие-то первые эксперименты в данной области. Там зато прямо по программе видно что к чему. Но IAR всё сделает правильно. Он естественно не будет на 15 бит сдвигать вправо ... Он сдвинет на 1 бит влево.

Тут надо ещё понимать некоторые вещи. Сума коэффициентов должна быть равна 1, если ты хочешь получить сигнал 1:1. Но так бывает не всегда. Например входной сигнал 10 или 12 бит. Увеличить его вдвое (на 1 бит) ничего плохого не произойдёт.
Так, например, при написании HART модема, я делал АРУ входного сигнала вместе с первым полосовым фильтром. А уж потом делал перемножение и вторичную фильтрацию.

[alvadep]

Тут надо ещё понимать некоторые вещи. Сума коэффициентов должна быть равна 1, если ты хочешь получить сигнал 1:1.

Это для ФНЧ. Для полосового и ФВЧ, если не ошибаюсь, сумма коэффициентов должна быть равна 0. Или нет?