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发表于 2014-8-19 16:33:36
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第六十三节：大数据的减法运算。
开场白：
直接用C语言的“-”运算符进行加法运算时，“被减数”，“ 减数”，“差”，这三个数据的最大范围是unsigned long 类型，也就是数据最大范围是4个字节，十进制的范围是0至4294967295。一旦超过了这个范围，则运算会出错。因此，当进行大数据减法运算时，我们要额外编程序，实现大数据的算法。其实这种算法并不难，就是我们在小学里学的四则运算算法。
我们先要弄清楚一个新的概念。不考虑小数点的情况下，数据有两种表现形式。一种是常用的变量形式，另外一种是BCD码数组形式。变量的最大范围有限，而BCD码数组的形式是无限的，正因为这个特点，所以我们可以进行大数据运算。
这一节要教大家两个知识点：
第一个：如何编写比较两个非组合BCD码数据的大小。
第二个：如何编写涉及到大数据减法运算的算法程序函数，同时也复习了指针的用途。
具体内容，请看源代码讲解。
（1）硬件平台：
基于朱兆祺51单片机学习板。
（2）实现功能：
波特率是：9600 。
通过电脑串口调试助手模拟上位机，往单片机发送组合BCD码的被减数和减数。单片机把组合BCD码的运算结果返回到上位机。最大范围4位，从0到9999，如果被减数小于减数则返回EE EE EE报错。往单片机发送的数据格式：EB 00 55 XX XX 0d 0a YY YY 0d 0a指令，其中EB 00 55是数据头，XX 是被减数，可以是1个字节，也可以是2个字节。YY是减数，可以是1个字节，也可以是2个字节。0d 0a是固定的结束标志。
例如：
（a）8259 – 5267 = 2992
上位机发送数据：eb 00 55 82 59 0d 0a 52 67 0d 0a
单片机返回：29 92
（b）5267 - 8259=小于0 所以报错
上位机发送数据：eb 00 55 52 67 0d 0a 82 59 0d 0a
单片机返回：EE EE EE 表示出错了
（3）源代码讲解如下：
- #include "REG52.H"
- /* 注释一：
- * 本系统中，规定最大运算位数是4位。
- * 由于STC89C52单片机的RAM只有256个，也就是说系统的变量数最大
- * 不能超过256个，如果超过了这个极限，编译器就会报错。如果这个算法
- * 移植到stm32或者PIC等RAM比较大的单片机上，那么就可以把这个运算位数
- * 设置得更加大一点。
- */
- #define BCD4_MAX 2 //本系统中，规定的组合BCD码最大字节数，一个字节包含2位，因此4位有效运算数
- #define BCD8_MAX (BCD4_MAX*2) //本系统中，规定的非组合BCD码最大字节数，一个字节包含1位，因此4位有效运算数
- #define const_rc_size 30 //接收串口中断数据的缓冲区数组大小
- #define const_receive_time 5 //如果超过这个时间没有串口数据过来，就认为一串数据已经全部接收完，这个时间根据实际情况来调整大小
- #define uchar unsigned char //方便移植平台
- #define ulong unsigned long //方便移植平台
- //如果在VC的平台模拟此算法，则都定义成int类型，如下：
- //#define uchar int
- //#define ulong int
- void initial_myself(void);
- void initial_peripheral(void);
- void delay_long(unsigned int uiDelaylong);
- void delay_short(unsigned int uiDelayShort);
- void T0_time(void); //定时中断函数
- void usart_receive(void); //串口接收中断函数
- void usart_service(void); //串口服务程序,在main函数里
- void eusart_send(unsigned char ucSendData);
- void BCD4_to_BCD8(const unsigned char *p_ucBCD_bit4,unsigned char ucBCD4_cnt,unsigned char *p_ucBCD_bit8,unsigned char *p_ucBCD8_cnt);
- void BCD8_to_BCD4(const unsigned char *p_ucBCD_bit8,unsigned char ucBCD8_cnt,unsigned char *p_ucBCD_bit4,unsigned char *p_ucBCD4_cnt);
- void ClearAllData(uchar ucARRAY_MAX,uchar *destData);
- uchar GetDataLength(const uchar *destData,uchar ucARRAY_MAX);
- uchar CmpData(const uchar *destData,const uchar *sourceData); //比较两个数的大小
- uchar SubData(const uchar *destData,const uchar *sourceData,uchar *resultData);//两个数相减
- sbit beep_dr=P2^7; //蜂鸣器的驱动IO口
- unsigned int uiSendCnt=0; //用来识别串口是否接收完一串数据的计时器
- unsigned char ucSendLock=1; //串口服务程序的自锁变量，每次接收完一串数据只处理一次
- unsigned int uiRcregTotal=0; //代表当前缓冲区已经接收了多少个数据
- unsigned char ucRcregBuf[const_rc_size]; //接收串口中断数据的缓冲区数组
- unsigned int uiRcMoveIndex=0; //用来解析数据协议的中间变量
- unsigned char ucDataBCD4_1[BCD4_MAX]; //接收到的第1个数组合BCD码数组形式 这里是指被减数
- unsigned char ucDataBCD4_cnt_1=0; //接收到的第1个数组合BCD码数组的有效数据长度
- unsigned char ucDataBCD4_2[BCD4_MAX]; //接收到的第2个数组合BCD码数组形式 这里是指减数
- unsigned char ucDataBCD4_cnt_2=0; //接收到的第2个数组合BCD码数组的有效数据长度
- unsigned char ucDataBCD4_3[BCD4_MAX]; //接收到的第3个数组合BCD码数组形式 这里是指差
- unsigned char ucDataBCD4_cnt_3=0; //接收到的第3个数组合BCD码数组的有效数据长度
- unsigned char ucDataBCD8_1[BCD8_MAX]; //接收到的第1个数非组合BCD码数组形式 这里是指被减数
- unsigned char ucDataBCD8_cnt_1=0; //接收到的第1个数非组合BCD码数组的有效数据长度
- unsigned char ucDataBCD8_2[BCD8_MAX]; //接收到的第2个数非组合BCD码数组形式 这里是指减数
- unsigned char ucDataBCD8_cnt_2=0; //接收到的第2个数非组合BCD码数组的有效数据长度
- unsigned char ucDataBCD8_3[BCD8_MAX]; //接收到的第3个数非组合BCD码数组形式 这里是指差
- unsigned char ucDataBCD8_cnt_3=0; //接收到的第3个数非组合BCD码数组的有效数据长度
- unsigned char ucResultFlag=11; //运算结果标志，10代表计算结果超出范围出错，11代表正常。
- void main()
- {
- initial_myself();
- delay_long(100);
- initial_peripheral();
- while(1)
- {
- usart_service(); //串口服务程序
- }
- }
- /* 注释二：
- * 组合BCD码转成非组合BCD码。
- * 这里的变量ucBCD4_cnt代表组合BCD码的有效字节数.
- * 这里的变量*p_ucBCD8_cnt代表经过转换后，非组合BCD码的有效字节数，记得加地址符号&传址进去
- * 本程序在上一节的基础上，略作修改，用循环for语句压缩了代码，
- * 同时引进了组合BCD码的有效字节数变量。这样就不限定了数据的长度，
- * 可以让我们根据数据的实际大小灵活运用。
- */
- void BCD4_to_BCD8(const unsigned char *p_ucBCD_bit4,unsigned char ucBCD4_cnt,unsigned char *p_ucBCD_bit8,unsigned char *p_ucBCD8_cnt)
- {
- unsigned char ucTmep;
- unsigned char i;
- for(i=0;i<BCD8_MAX;i++) //先把即将保存转换结果的缓冲区清零
- {
- p_ucBCD_bit8[i]=0;
- }
- *p_ucBCD8_cnt=ucBCD4_cnt*2; //转换成非组合BCD码后的有效数据长度
- for(i=0;i<ucBCD4_cnt;i++)
- {
- ucTmep=p_ucBCD_bit4[ucBCD4_cnt-1-i];
- p_ucBCD_bit8[ucBCD4_cnt*2-i*2-1]=ucTmep>>4;
- p_ucBCD_bit8[ucBCD4_cnt*2-i*2-2]=ucTmep&0x0f;
- }
- }
- /* 注释三：
- * 非组合BCD码转成组合BCD码。
- * 这里的变量ucBCD8_cnt代表非组合BCD码的有效字节数.
- * 这里的变量*p_ucBCD4_cnt代表经过转换后，组合BCD码的有效字节数，记得加地址符号&传址进去
- * 本程序在上一节的基础上，略作修改，用循环for语句压缩了代码，
- * 同时引进了非组合BCD码的有效字节数变量。这样就不限定了数据的长度，
- * 可以让我们根据数据的实际大小灵活运用。
- */
- void BCD8_to_BCD4(const unsigned char *p_ucBCD_bit8,unsigned char ucBCD8_cnt,unsigned char *p_ucBCD_bit4,unsigned char *p_ucBCD4_cnt)
- {
- unsigned char ucTmep;
- unsigned char i;
- unsigned char ucBCD4_cnt;
- for(i=0;i<BCD4_MAX;i++) //先把即将保存转换结果的缓冲区清零
- {
- p_ucBCD_bit4[i]=0;
- }
- ucBCD4_cnt=(ucBCD8_cnt+1)/2; //非组合BCD码转化成组合BCD码的有效数,这里+1避免非组合数据长度是奇数位
- *p_ucBCD4_cnt=ucBCD4_cnt; //把转换后的结果付给接口指针的数据，可以对外输出结果
- for(i=0;i<ucBCD4_cnt;i++)
- {
- ucTmep=p_ucBCD_bit8[ucBCD4_cnt*2-1-i*2]; //把非组合BCD码第8位分解出来
- p_ucBCD_bit4[ucBCD4_cnt-1-i]=ucTmep<<4;
- p_ucBCD_bit4[ucBCD4_cnt-1-i]=p_ucBCD_bit4[ucBCD4_cnt-1-i]+p_ucBCD_bit8[ucBCD4_cnt*2-2-i*2]; //把非组合BCD码第7位分解出来
- }
-
- }
- /* 注释四：
- *函数介绍：清零数组的全部数组数据
- *输入参数：ucARRAY_MAX代表数组定义的最大长度
- *输入输出参数：*destData--被清零的数组。
- */
- void ClearAllData(uchar ucARRAY_MAX,uchar *destData)
- {
- uchar i;
- for(i=0;i<ucARRAY_MAX;i++)
- {
- destData[i]=0;
- }
- }
- /* 注释五：
- *函数介绍：获取数组的有效长度
- *输入参数：*destData--被获取的数组。
- *输入参数：ucARRAY_MAX代表数组定义的最大长度
- *返回值 ：返回数组的有效长度。比如58786这个数据的有效长度是5
- *电子开发者作者：吴坚鸿
- */
- uchar GetDataLength(const uchar *destData,uchar ucARRAY_MAX)
- {
- uchar i;
- uchar DataLength=ucARRAY_MAX;
- for(i=0;i<ucARRAY_MAX;i++)
- {
- if(0!=destData[ucARRAY_MAX-1-i])
- {
- break;
- }
- else
- {
- DataLength--;
- }
- }
- return DataLength;
- }
- /* 注释六：
- *函数介绍：比较两个数的大小
- *输入参数：
- *（1）*destData--被比较数的数组。
- *（2）*sourceData--比较数的数组。
- *返回值 ：9代表小于，10代表相等，11代表大于。
- */
- uchar CmpData(const uchar *destData,const uchar *sourceData)
- {
- uchar cmpResult=10; //开始默认相等
- uchar destCnt=0;
- uchar sourceCnt=0;
- uchar i;
- destCnt=GetDataLength(destData,BCD8_MAX);
- sourceCnt=GetDataLength(sourceData,BCD8_MAX);
- if(destCnt>sourceCnt) //大于
- {
- cmpResult=11;
- }
- else if(destCnt<sourceCnt) //小于
- {
- cmpResult=9;
- }
- else if((destCnt==0)&&(sourceCnt==0)) //如果都是等于0则等于
- {
- cmpResult=10;
- }
- else //否则就要继续判断
- {
- for(i=0;i<destCnt;i++)
- {
- if(destData[destCnt-1-i]>sourceData[destCnt-1-i]) //从最高位开始判断,如果最高位大于则大于
- {
- cmpResult=11;
- break;
- }
- else if(destData[destCnt-1-i]<sourceData[destCnt-1-i]) //从最高位开始判断,如果最高位小于则小于
- {
- cmpResult=9;
- break;
- }
- //否则继续判断下一位
- }
- }
- return cmpResult;
- }
- /* 注释七：
- *函数介绍：两个数相减
- *输入参数：
- *（1）*destData--被减数的数组。
- *（2）*sourceData--减数的数组。
- *（3）*resultData--差的数组。注意，调用本函数前，必须先把这个数组清零
- *返回值 ：10代表计算结果是负数或者超出范围出错，11代表正常。
- */
- uchar SubData(const uchar *destData,const uchar *sourceData,uchar *resultData)
- {
- uchar subResult=11; //开始默认正常
- uchar destCnt=0;
- uchar i;
- uchar carryData=0; //进位
- uchar maxCnt=0; //最大位数
- uchar resultTemp=0; //存放临时运算结果的中间变量
- //为什么不在本函数内先把resultData数组清零？因为后面章节中的除法运算中要用到此函数实现连减功能。
- //因此如果纯粹实现减法运算时，在调用本函数之前，必须先在外面把差的数组清零，否则会计算出错。
- if(CmpData(destData,sourceData)==9) //被减数小于减数，报错
- {
- subResult=10;
- return subResult; //返回判断结果，并且退出本程序，不往下执行本程序余下代码
- }
- destCnt=GetDataLength(destData,BCD8_MAX); //获取被减数的有效数据长度
- maxCnt=destCnt;
- for(i=0;i<maxCnt;i++)
- {
- resultTemp=sourceData[i]+carryData; //按位相加
- if(resultTemp>destData[i])
- {
- resultData[i]=destData[i]+10-sourceData[i]-carryData; //借位
- carryData=1;
- }
- else
- {
- resultData[i]=destData[i]-sourceData[i]-carryData; //不用借位
- carryData=0;
- }
- }
- return subResult;
- }
- void usart_service(void) //串口服务程序,在main函数里
- {
- unsigned char i=0;
- unsigned char k=0;
- unsigned char ucGetDataStep=0;
- if(uiSendCnt>=const_receive_time&&ucSendLock==1) //说明超过了一定的时间内，再也没有新数据从串口来
- {
- ucSendLock=0; //处理一次就锁起来，不用每次都进来,除非有新接收的数据
- //下面的代码进入数据协议解析和数据处理的阶段
- uiRcMoveIndex=0; //由于是判断数据头，所以下标移动变量从数组的0开始向最尾端移动
- while(uiRcMoveIndex<uiRcregTotal) //说明还没有把缓冲区的数据读取完
- {
- if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+0]==0xeb&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+1]==0x00&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+2]==0x55) //数据头eb 00 55的判断
- {
-
- i=0;
- ucGetDataStep=0;
- ucDataBCD4_cnt_1=0; //第1个数组合BCD码数组的有效数据长度
- ucDataBCD4_cnt_2=0; //第2个数组合BCD码数组的有效数据长度
- ClearAllData(BCD4_MAX,ucDataBCD4_1); //清零第1个参与运算的数据
- ClearAllData(BCD4_MAX,ucDataBCD4_2); //清零第2个参与运算的数据
- //以下while循环是通过关键字0x0d 0x0a来截取第1个和第2个参与运算的数据。
- while(i<(BCD8_MAX+4))//这里+4是因为有2对0x0d 0x0a结尾特殊符号，一个共4个字节
- {
- if(ucGetDataStep==0)//步骤0，相当于我平时用的case 0,获取第1个数，在这里是指被加数
- {
- if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3+i]==0x0d&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+4+i]==0x0a) //结束标志
- {
- for(k=0;k<ucDataBCD4_cnt_1;k++) //提取第1个参与运算的数组数据
- {
- ucDataBCD4_1[k]=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3+i-1-k]; //注意，接收到的数组数据与实际存储的数组数据的下标方向是相反的
- }
- i=i+2; //跳过 0x0d 0x0a 这两个字节，进行下一轮的关键字提取
- ucGetDataStep=1; //切换到下一个关键字提取的步骤
- }
- else
- {
- i++;
- ucDataBCD4_cnt_1++; //统计第1个有效数据的长度
- }
-
- }
- else if(ucGetDataStep==1) //步骤1，相当于我平时用的case 1,获取第2个参与运行的数，在这里是加数
- {
- if(ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3+i]==0x0d&&ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+4+i]==0x0a) //结束标志
- {
- for(k=0;k<ucDataBCD4_cnt_2;k++) //提取第2个参与运算的数组数据
- {
- ucDataBCD4_2[k]=ucRcregBuf[uiRcMoveIndex+3+i-1-k]; //注意，接收到的数组数据与实际存储的数组数据的下标方向是相反的
- }
-
- break; //截取数据完成。直接跳出截取数据的while(i<(BCD8_MAX+4))循环
- }
- else
- {
- i++;
- ucDataBCD4_cnt_2++; //统计第2个有效数据的长度
- }
- }
- }
- //注意ucDataBCD8_cnt_1和ucDataBCD8_cnt_2要带地址符号&传址进去
- BCD4_to_BCD8(ucDataBCD4_1,ucDataBCD4_cnt_1,ucDataBCD8_1,&ucDataBCD8_cnt_1); //把接收到的组合BCD码转换成非组合BCD码 第1个数
- BCD4_to_BCD8(ucDataBCD4_2,ucDataBCD4_cnt_2,ucDataBCD8_2,&ucDataBCD8_cnt_2); //把接收到的组合BCD码转换成非组合BCD码 第2个数
- ClearAllData(BCD8_MAX,ucDataBCD8_3); //清零第3个参与运算的数据,用来接收运行的结果
- ucResultFlag=SubData(ucDataBCD8_1,ucDataBCD8_2,ucDataBCD8_3); //相减运算，结果放在ucDataBCD8_3数组里
- if(ucResultFlag==11) //表示运算结果没有超范围
- {
- ucDataBCD8_cnt_3=GetDataLength(ucDataBCD8_3,BCD8_MAX); //获取运算结果的有效字节数
- BCD8_to_BCD4(ucDataBCD8_3,ucDataBCD8_cnt_3,ucDataBCD4_3,&ucDataBCD4_cnt_3); //把非组合BCD码转成组合BCD码。注意，&ucDataBCD4_cnt_3带地址符号&
- for(k=0;k<ucDataBCD4_cnt_3;k++) //返回运算结果到上位机上观察。看到的是组合BCD码形式。返回的时候注意数组下标的顺序要反过来发送，先发高位的下标数组
- {
- eusart_send(ucDataBCD4_3[ucDataBCD4_cnt_3-1-k]); //往上位机发送一个字节的函数
- }
- }
- else //运算结果超范围，返回EE EE EE
- {
- eusart_send(0xee); //往上位机发送一个字节的函数
- eusart_send(0xee); //往上位机发送一个字节的函数
- eusart_send(0xee); //往上位机发送一个字节的函数
- }
- break; //退出循环
- }
- uiRcMoveIndex++; //因为是判断数据头，游标向着数组最尾端的方向移动
- }
- ucRcregBuf[0]=0; //把数据头清零，方便下次接收判断新数据
- ucRcregBuf[1]=0;
- ucRcregBuf[2]=0;
-
- uiRcregTotal=0; //清空缓冲的下标，方便下次重新从0下标开始接受新数据
-
- }
-
- }
- void eusart_send(unsigned char ucSendData) //往上位机发送一个字节的函数
- {
- ES = 0; //关串口中断
- TI = 0; //清零串口发送完成中断请求标志
- SBUF =ucSendData; //发送一个字节
- delay_short(400); //每个字节之间的延时，这里非常关键，也是最容易出错的地方。延时的大小请根据实际项目来调整
- TI = 0; //清零串口发送完成中断请求标志
- ES = 1; //允许串口中断
- }
- void T0_time(void) interrupt 1 //定时中断
- {
- TF0=0; //清除中断标志
- TR0=0; //关中断
- if(uiSendCnt<const_receive_time) //如果超过这个时间没有串口数据过来，就认为一串数据已经全部接收完
- {
- uiSendCnt++; //表面上这个数据不断累加，但是在串口中断里，每接收一个字节它都会被清零，除非这个中间没有串口数据过来
- ucSendLock=1; //开自锁标志
- }
- TH0=0xfe; //重装初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
- TL0=0x0b;
- TR0=1; //开中断
- }
- void usart_receive(void) interrupt 4 //串口接收数据中断
- {
- if(RI==1)
- {
- RI = 0;
- ++uiRcregTotal;
- if(uiRcregTotal>const_rc_size) //超过缓冲区
- {
- uiRcregTotal=const_rc_size;
- }
- ucRcregBuf[uiRcregTotal-1]=SBUF; //将串口接收到的数据缓存到接收缓冲区里
- uiSendCnt=0; //及时喂狗，虽然main函数那边不断在累加，但是只要串口的数据还没发送完毕，那么它永远也长不大,因为每个中断都被清零。
-
- }
- else //发送中断，及时把发送中断标志位清零
- {
- TI = 0;
- }
-
- }
- void delay_long(unsigned int uiDelayLong)
- {
- unsigned int i;
- unsigned int j;
- for(i=0;i<uiDelayLong;i++)
- {
- for(j=0;j<500;j++) //内嵌循环的空指令数量
- {
- ; //一个分号相当于执行一条空语句
- }
- }
- }
- void delay_short(unsigned int uiDelayShort)
- {
- unsigned int i;
- for(i=0;i<uiDelayShort;i++)
- {
- ; //一个分号相当于执行一条空语句
- }
- }
- void initial_myself(void) //第一区 初始化单片机
- {
- beep_dr=1; //用PNP三极管控制蜂鸣器，输出高电平时不叫。
- //配置定时器
- TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1
- TH0=0xfe; //重装初始值(65535-500)=65035=0xfe0b
- TL0=0x0b;
- //配置串口
- SCON=0x50;
- TMOD=0X21;
- TH1=TL1=-(11059200L/12/32/9600); //这段配置代码具体是什么意思，我也不太清楚，反正是跟串口波特率有关。
- TR1=1;
- }
- void initial_peripheral(void) //第二区 初始化外围
- {
- EA=1; //开总中断
- ES=1; //允许串口中断
- ET0=1; //允许定时中断
- TR0=1; //启动定时中断
- }
总结陈词：
既然这节讲了减法程序，那么下一节接着讲常用的乘法程序，这种大数据的乘法程序是什么样的？欲知详情，请听下回分解----大数据的乘法运算。
（未完待续，下节更精彩，不要走开哦）
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楼主: 吴坚鸿
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发表于 2014-6-29 20:45:21
