【導讀】在單片機編程中,我們經常會用到一些無符號數與有符號數的混合運算,另外我們所用的單片機很有可能是16位或者8位的,這樣,編程時所用的一些變量的取值范圍會對我們的運算有所限制。
比如說8位的單片機無符號數最大值為255,有符號最大數為127;16位單片機無符號數最大值為65535,有符號數最大值為32767.對于32的單片機來說,因為我們一般所處理的值很少能超過有符號數的最大取值,所以比較少遇到下面出現的問題.
在一些運算中,我們希望有些數能表示正負,這就得用有符號數,而有些數的取值會超過有符號數的最大值,這時我們就得用無符數來表示.下面是我編程時遇到的兩個問題(用的是MC9S12XS128處理器,16位的單片機).
變量的聲明如下:
int iError;
unsigned int uiExpectSpeed;
unsigned int uiCurrentSpeed;
語句如下:
iError = (uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed)/3; //(1) 第一個語句
在調試的過程中發現這個iError的值有時候會特別大,最后才發現是上面的這句語句出錯了!然后修改成下面兩句結果就對了:
iError = uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed; //(2)第二個語句
iError = iError/3; //(3)第三個語句
不同類型的數據在進行混合運算時會有一個隱試的類型轉換過程,有符號數與無符號數混合運算,有符號數會被轉換成無符號數后再參加運算.
在上面的第一個語句中,如果uiExpectSpeed 比uiCurrentSpeed的值大,也就是uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed結果為一正值,那不會出現啥問題,但當uiExpectSpeed 比uiCurrentSpeed的值小時就出現問題了,此時uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed的臨時結果存放在16位的寄存器中,且最高位1,對于有符號數來說會把這一個位解釋為符號位,1表示負數,而對于無符號來說這個位就表示數值,接著這個臨時的結果除以3后,所得到的結果的最高位變為了0此時該結果會轉換為一個有符合數(不管是有符號數,還是無符號數,最高位為0時,所表示的數值就是一樣的),賦給iError.本應該得到一個負數的,但最終卻得到了一個比較大的正數!在第一個語句中,如果沒有除以3,而是兩個數作差后直接賦給iError則是不會出錯的,雖然uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed運算的結果是一個很大的正數(寄存器的最高位為1),但在這個臨時結果賦給iError這個變量時,會先把這個值轉換為一個有符號數賦給iError.其實,在把uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed運算的結果賦給iError時是把所有的位原封不動的復制到iErrorr所表示的內存單元中的,只是我們是以有符號數來解釋這個內存單元中的內容,所以這個很大的正數就變成了一個負數!(數據在處理器內是以補碼表示的,對于數據是正還是負只是人們的解釋不同而已).所以我就用后面的兩句替換了第一句,這樣不管uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed的差值是正還是負都能得到正確的結果了.
下面是我在做超聲波測距時遇到的又一個很隱蔽的問題:
unsigned int start; //表示計時開始時計數器的值
unsigned int end; //表示計時結束時計數器的值
unsigned int error;
unsigned int distance; //表示距離
unsigned int time; //表示從計時開始到結束所用的時間
unsigned int remainder;//余數
start = TCNT;// 計時開始, TCNT為16位的計時器寄存器
..............一段時間后(這段時間小于計時器TCNT從0計數到最大值65535所表示的時間)...........
end = TCNT; //計時結束
error = end - start; //注意,end有可能比start小,但由于都是無符號數,所以最后得到的差值就是這段時間內計數器TCNT的增量.
time = error/625; //單位為ms TCNT每1ms內數值增加625(這個數與TCNT所用的時鐘有關)
distance = 17*time; //單位為cm, 距離為速度乘以時間再除以2就是聲波所傳波的距離
這塊由于是分步計算的,所以會有比較大的誤差(主要是由于error/625后的余數被丟棄了) 于是我改成如下語句:
start = TCNT;// 計時開始, TCNT為16位的計時器寄存器
..............一段時間后(這段時間小于計時器TCNT從0計數到最大值65535所表示的時間)...........
end = TCNT; //計時結束
error = end - start; //注意,end有可能比start小,但由于都是無符號數,所以最后得到的差值就是這段時間內計數器TCNT的增量.
distance = (17*error)/625; //單位為cm, 將上面的最后兩句結合成一句,先乘后除就會減小誤差
但改后上面distance = (17*error)/625; 這句就錯了,因為error的值可能很大,最大可以達到65535,所以17*error結果很有可能會超過65535,但這個處理器是16位的,也就是說這個處理器的數據寄存器為16位,最大的表示數值也就65535,所以17*error大于65535后就會被截斷存入寄存器中.也就是說存入寄存器中的值為(17*error)%65536,當再用這個值除以625時得到的很有可能就是0或者個位數的值,不管怎樣,此時得到的結果都是錯誤的值了!!
結合上面兩種情況,最后我改成如下:
start = TCNT;// 計時開始, TCNT為16位的計時器寄存器
..............一段時間后(這段時間小于計時器TCNT從0計數到最大值65535所表示的時間)...........
end = TCNT; //計時結束
error = end - start; //注意,end有可能比start小,但由于都是無符號數,所以最后得到的差值就是這段時間內計數器TCNT的增量.
time = error/625; //單位為ms
remainder = error - time*625;//計算上一句中丟棄的余數,沒有用remainder = error%625,是因為除法很耗時!!
distance = 17*time + (17*remainder + 312)/625; //單位為cm,此處的312(625/2)是考慮到四舍五入的.
