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基于微控制器的倒計時算法與實現(xiàn)

摘要： 這里的倒計時就是計算出從當前時間點需要經(jīng)過多長時間才能到達目標時間點,。從另一個角度講，就是計算出兩個時間點之間的時間差,。

關鍵詞： 傳感技術微控制器數(shù)據(jù)結構實時時鐘斷電保護

Abstract：

Key words :

1 引言

　　這里的倒計時就是計算出從當前時間點需要經(jīng)過多長時間才能到達目標時間點,。從另一個角度講，就是計算出兩個時間點之間的時間差,。

　　目前,，倒計時系統(tǒng)正得到越來越廣泛的應用。

　　在體育比賽,、公交系統(tǒng)乃至鐵路系統(tǒng)中出現(xiàn)了很多倒計時的時間顯示,。就在前不久，關于上海世博會的倒計時正式啟動,，其精度精確到天,。

　　在類似的應用中，大多數(shù)情況下,，倒計時功能(包括顯示功能)是由微控制器實現(xiàn)的,。微控制器不同于桌面電腦或筆記本電腦，其系統(tǒng)資源非常有限,，也不能安裝復雜的操作系統(tǒng),，沒有現(xiàn)成的倒計時系統(tǒng)可以應用。下面將討論適合在微控制器中運行的倒計時算法,。

　　2 倒計時算法的兩種常用思路

　　關于倒計時的計算主要有兩種思路: 一是針對時間段倒計時,，二是針對目標時間倒計時。

　　●針對時間段倒計時

　　時間段的含義就是兩個時間點的時間差。對時間段倒計時就是先獲取兩個時間點之間的時間差,，然后隨著運行時間的增加對該時間差按運行時間遞減,，直至遞減為0，表示倒計時結束,。

　　例如,，微處理器對100天倒計時或者對100秒倒計時，都屬于對時間段倒計時,，時間段分別是100天和100秒,。當然，在實際計算時,，最好先把天換算為秒,，再按運行時間遞減。

　　●針對目標時間倒計時

　　該種思路與第一種思路最大的不同就是它獲取的不是時間差,，而是目標時間,，微控制器須自行計算出當前時間與目標時間的時間差。在這種情況下,，隨著當前時間的改變,，微控制器必須反復計算與目標時間的時間差，直至差值為0,。

　　例如,，當前時間是2009年5月10 日11點27分0秒，微控制器獲取到目標時間是2009年5月12日11點27分0秒,，則計算出當前的時間差為2天,。

　　然后，當前時間一旦改變,，微控制器就必須重新計算時間差,，直到當前時間到達或超過2009年5月12日11點27分0秒。

　　●兩種思路的比較

　　( 1)獲取的時間參數(shù)不同

　　如前所述,，第一種思路獲取的是時間差,，第二種思路獲取的是目標時間點。

　　( 2)采取的算法不同

　　第一種思路的主要算法是按運行時間對獲取的時間差進行遞減運算,，這實際是時間計時的逆運算,。

　　該算法牽涉到減法運算與天、小時,、分鐘、秒的時間規(guī)則運算,。

　　第二種思路的主要算法就是計算出兩個時間點之間的時間差,。該算法不僅牽涉到時間規(guī)則運算，還牽涉到閏年的概念與多種算術運算,，比第一種思路的算法復雜許多,。此外,，由于該算法需要微控制器能夠隨時獲取當前的準確時間，因此要求微處理器必須具備實時時鐘功能,。

　　( 3)應用范圍與靈活性不同

　　第一種思路的實現(xiàn)依靠對運行時間的準確把握,。如果微控制器斷電或由于其它原因產(chǎn)生復位導致運行中斷，則從此刻起到下一次穩(wěn)定運行時所經(jīng)過的時間無法掌控,，進而導致倒計時運算無法繼續(xù)運行,。因此，該思路只適用于極短時間段的倒計時計算,，其可靠性與靈活性欠佳,。

　　第二種思路的實現(xiàn)需要兩點: 一是斷電保護的實時時鐘功能，這是為了微控制器能夠隨時讀取準確時間; 二是非易失數(shù)據(jù)的存儲功能,，這是為了微控制器可以長時間保存目標時間,。滿足了這兩點要求，微控制器就能夠可靠地實現(xiàn)倒計時計算,，即使突然斷電或復位也不會受到影響,。對于第一點要求，不管使用外置時鐘還是內置時鐘,，只要配置電池就可以實現(xiàn),。對于第二點要求,，當前的主流微控制器大都配置FLASH存儲功能,，也可以輕松滿足,。

　　可見,，針對目標時間的倒計時算法在可靠性與靈活性上極具優(yōu)勢,，對微控制器的要求也不苛刻,。

　　下面就闡述該算法的實現(xiàn)環(huán)節(jié),。

　　3 針對目標時間點的倒計時算法實現(xiàn)

　　如前所述,，該算法主要是計算當前時間點與目標時間點的時間差,。具體思路就是先選擇一個參考時間點,，然后分別計算出這兩個時間點與參考時間點之間的時間差，再把這兩個時間差相減就得到這兩個時間點之間的時間差,。

　　下面分三部分描述該算法: 時間格式的建立; 計算時間點到參考時間點的時間差; 時間差相減算法,。

　　( 1)時間格式的建立

　　有兩種時間格式，一是時間點的格式; 一是時間差的格式,。時間點的格式按年月日時分秒排列,，其中年份為16位無符號整數(shù)，其余為8 位無符號整數(shù),。時間差格式按天時分秒排列,，天數(shù)為16位無符號整數(shù)，其余為8位無符號整數(shù)。

　　( 2)到參考時間點的時間差算法

　　該算法有兩個重點,，一是參考時間點的選取,，二是根據(jù)閏年規(guī)則對時間差中的天數(shù)進行補償。

　　關于參考時間點的選取,，應符合兩個原則: 一是方便閏年的計算,，二是方便時間差的計算。在這里,，選取2001年1月1日0時0分0秒為參考時間點,。

　　圖1是時間點到該參考時間點算法的示例代碼，pT mi e是指向時間點的數(shù)據(jù)結構指針,， pResult是指向時間差的數(shù)據(jù)結構指針,。下面對該段代碼逐條說明。

圖1 天數(shù)時間差參考代碼

　　圖1- 1定義了一個數(shù)組,，它的12個元素對應1月份到12月份所累積的天數(shù),。請注意兩點，一是該天數(shù)不包括本月份的天數(shù),，二是二月份的天數(shù)按28天計,。

　　圖1- 2是計算時間點與參考時間點的年份、月份與日期的差值,。

　　圖1- 3 是初步計算天數(shù)差,。在這里應用到了圖1- 1定義的數(shù)組與圖1- 2的計算結果。首先,，按照每年365天來計算天數(shù),，再按照閏年個數(shù)補償天數(shù)，最后按月份日期的差值計算本年度過的天數(shù),。

　　代碼中的( Y earId /4) 就是初步的閏年補償計算,，補償規(guī)則就是把年份差被4整除的值視為經(jīng)過的閏年個數(shù)，也就是要補償?shù)奶鞌?shù),。

　　圖1- 4是根據(jù)世紀年(也就是能被100整除的年份)的閏年判斷規(guī)則對圖1- 3的計算結果進行校正,。這是因為圖1- 3 進行的閏年補償計算所依據(jù)的是非世紀年的閏年判斷規(guī)則，這一規(guī)則在判斷世紀年是否為閏年時可能會產(chǎn)生誤差,。在這里,，對該步驟算法采用了條件編譯，這是考慮到該計算牽涉到真正的多字節(jié)除法,，比較耗時,，設計者可以根據(jù)實際需要決定是否運行該計算。

　　圖1- 5是判斷時間點的年份是否閏年,，進而進行最后的天數(shù)調整,。請注意,，在圖1- 3與圖1- 4的計算中，只計算了度過的年份中包含了多少個閏年,，這其中不包含時間點本身的年份。在本計算中,，先調用函數(shù)判斷時間點年份是否閏年,，再根據(jù)時間點的月份是否超過2月決定是否對天數(shù)進行補償。

　　圖1 - 6是記錄時間差結果,。因為參考時間點的時分秒選擇的是0時0分0秒,，所以時間差的時分秒也就是時間點的時分秒。

　　圖2是閏年判斷函數(shù)的參考代碼,。該函數(shù)提供了兩種判斷計算,，一種是關于閏年規(guī)則的完整判斷，即當年份不能被100整除時,，能被4整除的是閏年;當年份能被100整除時,，必須能被400 整除才是閏年。另一種是簡易判斷,，即把能被4整除的年份視為閏年(當然,，該判斷只在年份不能被100整除時才正確)。這兩種計算的復雜程度與應用條件不同,，設計者應根據(jù)實際需要自行選擇,。