基于微控制器的倒計(jì)時(shí)算法與實(shí)現(xiàn)

1 引 言

　　這里的倒計(jì)時(shí)就是計(jì)算出從當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)需要經(jīng)過多長時(shí)間才能到達(dá)目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)。從另一個(gè)角度講， 就是計(jì)算出兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差。

　　目前， 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)正得到越來越廣泛的應(yīng)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(jì)時(shí)的時(shí)間顯示。就在前不久， 關(guān)于上海世博會(huì)的倒計(jì)時(shí)正式啟動(dòng)， 其精度精確到天。

　　在類似的應(yīng)用中， 大多數(shù)情況下， 倒計(jì)時(shí)功能(包括顯示功能)是由微控制器實(shí)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(fù)雜的操作系統(tǒng)， 沒有現(xiàn)成的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)可以應(yīng)用。下面將討論適合在微控制器中運(yùn)行的倒計(jì)時(shí)算法。

　　2 倒計(jì)時(shí)算法的兩種常用思路

　　關(guān)于倒計(jì)時(shí)的計(jì)算主要有兩種思路: 一是針對時(shí)間段倒計(jì)時(shí)， 二是針對目標(biāo)時(shí)間倒計(jì)時(shí)。

　　●針對時(shí)間段倒計(jì)時(shí)

　　時(shí)間段的含義就是兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差。對時(shí)間段倒計(jì)時(shí)就是先獲取兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差，然后隨著運(yùn)行時(shí)間的增加對該時(shí)間差按運(yùn)行時(shí)間遞減， 直至遞減為0， 表示倒計(jì)時(shí)結(jié)束。

　　例如， 微處理器對100天倒計(jì)時(shí)或者對100秒倒計(jì)時(shí)， 都屬于對時(shí)間段倒計(jì)時(shí)， 時(shí)間段分別是100天和100秒。當(dāng)然， 在實(shí)際計(jì)算時(shí)， 最好先把天換算為秒， 再按運(yùn)行時(shí)間遞減。

　　●針對目標(biāo)時(shí)間倒計(jì)時(shí)

　　該種思路與第一種思路最大的不同就是它獲取的不是時(shí)間差， 而是目標(biāo)時(shí)間， 微控制器須自行計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間與目標(biāo)時(shí)間的時(shí)間差。在這種情況下，隨著當(dāng)前時(shí)間的改變， 微控制器必須反復(fù)計(jì)算與目標(biāo)時(shí)間的時(shí)間差， 直至差值為0。

　　例如， 當(dāng)前時(shí)間是2009年5月10 日11點(diǎn)27分0秒， 微控制器獲取到目標(biāo)時(shí)間是2009年5月12日11點(diǎn)27分0秒， 則計(jì)算出當(dāng)前的時(shí)間差為2天。

　　然后， 當(dāng)前時(shí)間一旦改變， 微控制器就必須重新計(jì)算時(shí)間差， 直到當(dāng)前時(shí)間到達(dá)或超過2009年5月12日11點(diǎn)27分0秒。

　　●兩種思路的比較

　　( 1)獲取的時(shí)間參數(shù)不同

　　如前所述， 第一種思路獲取的是時(shí)間差， 第二種思路獲取的是目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)。

　　( 2)采取的算法不同

　　第一種思路的主要算法是按運(yùn)行時(shí)間對獲取的時(shí)間差進(jìn)行遞減運(yùn)算， 這實(shí)際是時(shí)間計(jì)時(shí)的逆運(yùn)算。

　　該算法牽涉到減法運(yùn)算與天、小時(shí)、分鐘、秒的時(shí)間規(guī)則運(yùn)算。

　　第二種思路的主要算法就是計(jì)算出兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差。該算法不僅牽涉到時(shí)間規(guī)則運(yùn)算，還牽涉到閏年的概念與多種算術(shù)運(yùn)算， 比第一種思路的算法復(fù)雜許多。此外， 由于該算法需要微控制器能夠隨時(shí)獲取當(dāng)前的準(zhǔn)確時(shí)間， 因此要求微處理器必須具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。

　　( 3)應(yīng)用范圍與靈活性不同

　　第一種思路的實(shí)現(xiàn)依靠對運(yùn)行時(shí)間的準(zhǔn)確把握。如果微控制器斷電或由于其它原因產(chǎn)生復(fù)位導(dǎo)致運(yùn)行中斷， 則從此刻起到下一次穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間無法掌控， 進(jìn)而導(dǎo)致倒計(jì)時(shí)運(yùn)算無法繼續(xù)運(yùn)行。因此， 該思路只適用于極短時(shí)間段的倒計(jì)時(shí)計(jì)算， 其可靠性與靈活性欠佳。

　　第二種思路的實(shí)現(xiàn)需要兩點(diǎn): 一是斷電保護(hù)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能， 這是為了微控制器能夠隨時(shí)讀取準(zhǔn)確時(shí)間; 二是非易失數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能， 這是為了微控制器可以長時(shí)間保存目標(biāo)時(shí)間。滿足了這兩點(diǎn)要求， 微控制器就能夠可靠地實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)算， 即使突然斷電或復(fù)位也不會(huì)受到影響。對于第一點(diǎn)要求，不管使用外置時(shí)鐘還是內(nèi)置時(shí)鐘， 只要配置電池就可以實(shí)現(xiàn)。對于第二點(diǎn)要求， 當(dāng)前的主流微控制器大都配置FLASH存儲(chǔ)功能， 也可以輕松滿足。

　　可見， 針對目標(biāo)時(shí)間的倒計(jì)時(shí)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(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。

　　3 針對目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的倒計(jì)時(shí)算法實(shí)現(xiàn)

　　如前所述， 該算法主要是計(jì)算當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)與目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差。具體思路就是先選擇一個(gè)參考時(shí)間點(diǎn)， 然后分別計(jì)算出這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)與參考時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差， 再把這兩個(gè)時(shí)間差相減就得到這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差。

　　下面分三部分描述該算法: 時(shí)間格式的建立; 計(jì)算時(shí)間點(diǎn)到參考時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差; 時(shí)間差相減算法。

　　( 1)時(shí)間格式的建立

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