單片機中無符號數(shù)運算出現(xiàn)的問題
在單片機編程中,我們經(jīng)常會用到一些無符號數(shù)與有符號數(shù)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(shù)最大值為255,有符號最大數(shù)為127;16位單片機無符號數(shù)最大值為65535,有符號數(shù)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(shù)的最大取值,所以比較少遇到下面出現(xiàn)的問題.
在一些運算中,我們希望有些數(shù)能表示正負,這就得用有符號數(shù),而有些數(shù)的取值會超過有符號數(shù)的最大值,這時我們就得用無符數(shù)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(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)這個iError的值有時候會特別大,最后才發(fā)現(xiàn)是上面的這句語句出錯了!然后修改成下面兩句結(jié)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(shù)據(jù)在進行混合運算時會有一個隱試的類型轉(zhuǎn)換過程,有符號數(shù)與無符號數(shù)混合運算,有符號數(shù)會被轉(zhuǎn)換成無符號數(shù)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(jié)果為一正值,那不會出現(xiàn)啥問題,但當(dāng)uiExpectSpeed 比uiCurrentSpeed的值小時就出現(xiàn)問題了,此時uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed的臨時結(jié)果存放在16位的寄存器中,且最高位1,對于有符號數(shù)來說會把這一個位解釋為符號位,1表示負數(shù),而對于無符號來說這個位就表示數(shù)值,接著這個臨時的結(jié)果除以3后,所得到的結(jié)果的最高位變?yōu)榱?此時該結(jié)果會轉(zhuǎn)換為一個有符合數(shù)(不管是有符號數(shù),還是無符號數(shù),最高位為0時,所表示的數(shù)值就是一樣的),賦給iError.本應(yīng)該得到一個負數(shù)的,但最終卻得到了一個比較大的正數(shù)!在第一個語句中,如果沒有除以3,而是兩個數(shù)作差后直接賦給iError則是不會出錯的,雖然uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed運算的結(jié)果是一個很大的正數(shù)(寄存器的最高位為1),但在這個臨時結(jié)果賦給iError這個變量時,會先把這個值轉(zhuǎn)換為一個有符號數(shù)賦給iError.其實,在把uiExpectSpeed - uiCurrentSpeed運算的結(jié)果賦給iError時是把所有的位原封不動的復(fù)制到iErrorr所表示的內(nèi)存單元中的,只是我們是以有符號數(shù)來解釋這個內(nèi)存單元中的內(nèi)容,所以這個很大的正數(shù)就變成了一個負數(shù)!(數(shù)據(jù)在處理器內(nèi)是以補碼表示的,對于數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)器的值
unsigned int end; //表示計時結(jié)束時計數(shù)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(jié)束所用的時間
unsigned int remainder;//余數(shù)
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(shù)到最大值65535所表示的時間)...........
end = TCNT; //計時結(jié)束
error = end - start; //注意,end有可能比start小,但由于都是無符號數(shù),所以最后得到的差值就是這段時間內(nèi)計數(shù)器TCNT的增量.
time = error/625; //單位為ms TCNT每1ms內(nèi)數(shù)值增加625(這個數(shù)與TCNT所用的時鐘有關(guān))
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(shù)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(shù)到最大值65535所表示的時間)...........
end = TCNT; //計時結(jié)束
error = end - start; //注意,end有可能比start小,但由于都是無符號數(shù),所以最后得到的差值就是這段時間內(nèi)計數(shù)器TCNT的增量.
distance = (17*error)/625; //單位為cm, 將上面的最后兩句結(jié)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(jié)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(shù)據(jù)寄存器為16位,最大的表示數(shù)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(dāng)再用這個值除以625時得到的很有可能就是0或者個位數(shù)的值,不管怎樣,此時得到的結(jié)果都是錯誤的值了!!
結(jié)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(shù)到最大值65535所表示的時間)...........
end = TCNT; //計時結(jié)束
error = end - start; //注意,end有可能比start小,但由于都是無符號數(shù),所以最后得到的差值就是這段時間內(nèi)計數(shù)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(shù),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.
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-19
