以 10 为基数的数字显示算法 - 每次刷新的最小变化

Question

快速摘要：

我正在寻找一种算法来显示四位速度信号，以便每次更新显示时都会更改最小位数（十进制）。

例如：

Filtered
 Signal      Display
--------------------
  0000        0000
  2345        2000
  2345        2300
  2345        2340
  0190        0340
  0190        0190
  0190        0190

---

详细信息：

我正在开发一个项目，需要在四位 LCD 显示屏上显示速度信号（0 到 3000 RPM 之间）。 理想的显示解决方案是模拟仪表，但我坚持使用数字显示器。 显示屏将由机器操作员读取，我希望它尽可能读起来愉快。

操作员并不真正关心信号的确切值。 他想知道该值是多少（精确到 10 RPM），并且希望看到该值随机器运行变化而上下变化。 他不希望看到它到处乱跳。

这是我到目前为止所做的：

• 将数字四舍五入到最接近的 10 RPM，以便最后一位数字始终为 0
• 过滤信号，以便电噪声和正常传感器波动不会导致读数一次跳动超过 10 RPM。
• 向信号添加了 +/-10 RPM 迟滞，以避免信号在相同值上摆动的情况（例如：990 - 1000）

当信号稳定时（大约 75% 的时间），这可以很好地清理问题，但是当信号从一种稳定状态转变为另一种稳定状态时，我仍然看到信号中有很多不必要的变化。 例如，当信号从 100 RPM 变为 1000 RPM 时，它会沿途经过很多数字。 由于实际阅读和理解这个数字需要一些时间，因此达到所有这些中间状态似乎没有什么意义。 我尝试简单地降低显示器的更新速率，但这并没有产生令人满意的结果。 它使显示屏同时“感觉”缓慢和不稳定。 在数字发生变化之前会有明显的延迟，然后它们会大幅跃进（100、340、620、980、1000）。

---

建议：

我希望显示的行为如示例所示：

1. 显示每秒更新两次
2. 从一种稳定状态转换到另一种稳定状态的时间不应超过 2 秒。
3. 如果输入信号高于当前显示值，则显示信号应增加，但绝不应高于输入信号值。
4. 如果输入信号低于当前显示值，则显示信号应减小，但绝不应低于输入信号值。
5. 每次更新应更改最少位数（最好只更改一位数字）
6. 应先更改高位数字，以便尽快减小显示信号与输入信号之间的差异

你能想出，或者你知道一种算法，可以根据上述规则输出“正确的”4位十进制数吗？

伪代码中的函数原型看起来会是这样像这样：

int GetDisplayValue(int currentDisplayValue, int inputSignal)
{
    //..
}

对不起文字墙。 我想记录我迄今为止的进展，以便任何回答这个问题的人都可以避免覆盖我已经经历过的内容。

Answer 1

如果你不需要第4位数字表示的数据，并且严格绑定在4位显示上，你是否考虑过使用第4位数字作为增/减指示符？ 以 2Hz* 的频率闪烁零顶部或底部的某些部分，以指示仪表的下一次变化将是增加或减少。

我认为您也可以很好地为您的设备（无论是什么）的调整响应建立一个良好的模型，并使用该模型根据两秒稳定过程的前半秒来推断目标数字。

*这假设您每秒有两次更新。 大多数 4 位显示器都是多路复用的，因此您可以通过稍微调整驱动程序以更高的频率闪烁它。

Answer 2

我认为您一次更改一位数字的建议很奇怪，因为它实际上为用户提供了错误信息...我会考虑实际上添加更多的状态更改，并实现它，以便每当信号发生变化时，他们仪表以 1 为增量向新值移动。 这将提供类似模拟仪表的体验和变化的“动画”； 操作员很快就会下意识地认识到，按顺序旋转的数字 0、1、2... 表示速度增加，而 9、8、7... 表示速度减小。

例如：

Filtered signal      Display
0000                 0000
2345                 0001
                     0002
                     ...
                     2345

您所实施的迟滞当然对于稳定状态非常有好处。

Answer 3

这是一个微妙的问题，我的回答不涉及算法方面。

我认为您在发帖开头的表格中表示的行为是一个非常糟糕的主意。 为了用户体验，第2行和第5行显示了数据中存在和从未存在过的数据点，即错误数据。 在机器操作领域这可能是一个糟糕的选择。

较低的更新速率可能“感觉缓慢”，但定义明确（仅“真实”数据且最多 n 毫秒）。 较快的更新速率将显示许多中间值，但最高有效数字不应更改得太快。 两者都比任何相当错误的值生成更容易测试。

Answer 4

这将或多或少地缓慢地将传感器值合并到显示值中：

display = ( K * sensor + (256 - K) * display ) >> 8

在 0（显示从未更新）和 256（显示始终等于传感器）之间选择 K。