基于微控制器的倒計時算法與實現(xiàn)

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(yīng)用。

　　在體育比賽、公交系統(tǒng)乃至鐵路系統(tǒng)中出現(xiàn)了很多倒計時的時間顯示。就在前不久， 關(guān)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(yīng)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(fù)雜的操作系統(tǒng)， 沒有現(xiàn)成的倒計時系統(tǒng)可以應(yīng)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(guān)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(jié)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(fù)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(shù)運算， 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(yīng)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(fù)位導(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(nèi)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)。