51单片机整数二一十进制转换的快速算法 -

本文引用地址: http://www.21ic.com/app/mcu/200801/24574.htm

摘要 旨在提高89C51系列单片机鳊程中经常用到的整数二十进制转换的代码执行效率。提出的快速算法思路是，首先求出整数中包含的1000的个数，方法是采用二进制整数的高6位作为其预估，再通过2次校正得到准确值。算法的关键是充分利用89C51单片机的两条特殊指令——单字节乘和单字节除。其耗费时间不及使用sprintf()函数的1／10。
关键词 89C5l 单片机二一十进制转换快速算法

    89C5l系列单片机历经20多年的发展，仍然长盛不衰，在工业控制及仪器仪表中得到广泛应用；用于89C5l单片机软件开发的Keil C51编译系统也日臻成熟，成为89C5l系列单片机软件开发的优先选择。在单片机系统开发中，经常遇到整数二十进制转换的问题，一般可以采用C语言中的标准函数sprintf()来实现；但由于该函数是通用格式输出函数，代码量大(超过l KB)，用于整数二一十进制转换的运算时间过妊(在12 MHz晶振频率下超过l ms)，这在计算密集(computation intensive)的应用中是一个影响系统性能的重要因素。在低功耗系统设计中，也必须考虑因为运算时间长而增加系统耗电量的问题。经常有网发询问如何高效地实现这种转换。笔者通过对二进制整数的深入分析，巧妙运用89C5l单片机的特殊单字节乘除指令，成功地实现了整数二一十进制转换的快速算法。本文将详细介绍快速算法，给出颇具实用性的优化代码，并与使用sprintf()函数的实现及传统的汇编代码实现进行性能比较。

1 传统的汇编代码实现
    要实现快速运算，很自然地想到教科书中提到的双字节二进制整数转换成3字节BCD码整数的子程序。其采用的算法是，依次将整数的每位左移至CY位，再把CY位左移至一个3字节队列中，并进行十进制调整。通过16次移位完成运算，结果为压缩格式的3字节BCD编码。
汇编子程序如下：
   

    该算法代码简洁明了，只使用51条指令代码，但执行这段程序却要耗费312个指令周期。如果要符合C51调用规则，则要多出25个指令代码空间和21个指令周期，显然效率不高。

2 快速算法
    快速算法从千位入手，首先求取整数中包含l 000的个数(以下称为“千数”)。求取了千数，其他问题就迎刃而解了。
    设二进制整数以b=[b15…b0]表示，取值范围为O～65535。其高6位[b15…b10]取值范围为0～63，在整数中代表的数值为(0～63)*1024；后10位[b9…b0]代表的数值范围为O～l 023。可以写出如下算式：

   
    可以用[b15…b10]作为整数中千数的预估。
    余数的最大值为63×24+1 023=2535。这表明余数中最多还有2个l000，也就是说千数的预估误差最多为2，因此最多通过2次校正，就可求得千数的准确值。2次校正方法：
    ①如果余数高位字节≥4(即余数≥1024，这样用只是为了简化代码；也可以用余数≥1000的判定条件)，则千数+l，余数～1000；
    ②如果余数≥l000，则千数+1，余数～l000。
    至此就求出了千数。千数用10整除所得商和模余作为万位数和千位数。
    从余数中求取百、十，个位数也很简单：
    余数用100整除得到百位数。实际是先把余数右移2位，此时已成单字节数，再用单字节除指令进行除以25的操作，即得到百位数；而除去百位后的余数已是单字节数，可轻易取得十位数与个位数。
    用C语言编写的函数如下：

   

   
    在Keil C51集成环境中，为该函数生成汇编程序源码，再对源码进行优化，最后得到满足C51调用规则的、效率极高的汇编语言源代码。(源代码见本刊网站www．mesnct．com．cn——编者注。)
    这个汇编语言源代码可以直接作为项目文件使用，也可以用来生成函数库。

3 性能比较
(1)与传统汇编语言的性能比较
    符合C5l调用规则的传统汇编语言子程序占用76字节的代码空间，耗用333个指令周期；快速算法最多耗用107个指令周期，耗时只有传统算法的32％。
(2)与使用sprintf()函数相比较
    使用如下的程序来比较二者的性能：
       

    sprintf()函数占用1064字节的代码空间，耗用1151个指令周期；快速算法占用97字节的代码空间，最多耗用107个指令周期，只占使用sprintf()函数耗时的9．3％。

结论
    无论是与传统汇编语言子程序，还是与使用sprintf()函数的程序相比，快速算法都有很大的速度优势；是一种针对8位机的创新算法，具有很强的工程实用性，值得推广应用。