请问单片机的浮点的运算要怎么处理? -

标题: 请问单片机的浮点的运算要怎么处理? [打印本页]

作者: litingkun 时间: 2021-9-5 13:23
标题: 请问单片机的浮点的运算要怎么处理?
请问exp()函数输入输出都是浮点数，计算的最终结果要一个整数。
请问要始何做才能得到正确的结果。下面的程序一得出的数值不正确。
公式在下图。
#include <math.h>
#defind FOSC/2/11059200
unsigned int Int_value;
unsigned int Int_i;
for((Int_i=0; Int_i < 1000; Int_i++)
{
Int_value=(unsigned int)(1600+(5304-1600)/(1+(exp(-5*(Int_i-500)/500))）
}

作者: lkc8210 时间: 2021-9-5 16:50
Int_i的类型是无符号
Int_i-500这一步会等于65536-500=65036

应改作
Int_value=(unsigned int)(1600+(5304-1600)/(1+(exp(-5*(((float)Int_i-500)/500)))));

作者: 188610329 时间: 2021-9-5 17:22
首先，你要浮点运算的话，变量类型不能用INT
必须要用 float，其次尽可能所有参与浮点运算的变量最好都是 float
最后，不知道你的单片机什么内核的，如果是51内核，最好避免浮点运算。是真的抗不住。不管是最后编译后的代码量，还是对MCU的负荷都是巨大的。

作者: litingkun 时间: 2021-9-5 18:53
按两位指导改了一下测试程序，数值对了。也确实运算时间太长了。
#include <reg51.h>
#include <math.h>

#define FOSC 11059200L
void main(void)
{
unsigned int ;
float Int_i,scale,fmin,fmax,node;
float Int_value;
float b;

P10=1;
Int_i=1;
fmin=1600;
fmax=5304;
scale=4;
node=1000;

b= exp((-scale*(Int_i-node/2)/(node/2)));
Int_value= (unsigned int)(FOSC/2/(fmin+(fmax-fmin)/(1+b)));
//if (b>54 && b<55)
if (Int_value=3316)
P10=0;
else
P10=1;

while(1);
}

作者: 188610329 时间: 2021-9-5 21:16

litingkun 发表于 2021-9-5 18:53
按两位指导改了一下测试程序，数值对了。也确实运算时间太长了。
#include
#include

如果，能用 1K以内的查表来代替的话，能不用浮点就不用浮点吧。

作者: npn 时间: 2021-9-5 21:43

litingkun 发表于 2021-9-5 18:53
按两位指导改了一下测试程序，数值对了。也确实运算时间太长了。
#include
#include

8位单片机，浮点运算性能较差，具体需要多长时间需要用逻辑分析仪检测。

作者: 188610329 时间: 2021-9-5 21:49

npn 发表于 2021-9-5 21:43
8位单片机，浮点运算性能较差，具体需要多长时间需要用逻辑分析仪检测。

51内核的话，压根不是差的问题了……，是根本没有浮点运算能力，是用海量的整形来模拟浮点运算。所以，根本抗不住，用这种模拟浮点，把单片机做个计算器也就算了，做其他的东西，压根等不起。

作者: litingkun 时间: 2021-9-5 21:51

调了两天最后数值调对了，从1600Hz加速到5304H，中间1000个脉冲，估计是0.26S 终果电机一抖一抖用了大概3S才加速完。

作者: litingkun 时间: 2021-9-5 21:52
单片机STC15W408AS

作者: Hephaestus 时间: 2021-9-5 23:34
应该用PC上面的c语言编译器按照你的公式生成一个表格，比你现在的代码不仅快还省Flash空间。

作者: Y_G_G 时间: 2021-9-5 23:43

litingkun 发表于 2021-9-5 21:51
调了两天最后数值调对了，从1600Hz加速到5304H，中间1000个脉冲，估计是0.26S 终果电机一抖一抖用了 ...

时间长并不是浮点数的问题
8位单片机在浮点运算上的能力是比较弱的,速度会很慢,用时相当的长
但这是对于CPU"时间"而言的,并不是针对现实的时间
你这个用时那么长,难不成是一直在计算?就是换了整型运算,也是一样的

(double)(GPS_Buffer1.GPS_Buffer[a+4]-48)/1000+(double)(GPS_Buffer1.GPS_Buffer[a+5]-48)/10000
)/60;
8051进行以上运算用了367个字节长度的代码进行,指令用了200条左右,12M晶振以1T的STC8051单片机运算,用时就是:200*1/12,大概就是16uS,往大了说,就是1mS也不算长呀

作者: litingkun 时间: 2021-9-6 00:20

Y_G_G 发表于 2021-9-5 23:43
时间长并不是浮点数的问题
8位单片机在浮点运算上的能力是比较弱的,速度会很慢,用时相当的长
但这是对 ...

我用在脉冲输出，运算写在中断里，每个脉冲改一次频率，设了一个灯，如果加速完成，灯就亮。灯亮的时间大概是3秒。
void PCA_isr() interrupt 7
{

if ((unsigned int)Int_i < (unsigned int)Pnode ) //脉冲数量小于node数量加速运行
{
CCF0 = 0; //清除中断标示位

CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value>> 8;

Int_value+= (signed int)(FOSC/2/FREQDIV/(Pmin+(Pmax-Pmin)/(1+exp(-Pscale*(Int_i-Pnode/2)/(Pnode/2)))));

Int_i++;
}
else //最高脉冲匀速运行
{
CCF0 = 0; //清除中断标示位

CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value>> 8;

Int_value+= (signed int)(FOSC/2/FREQDIV/Pmax);

}
}

作者: Y_G_G 时间: 2021-9-6 06:16

litingkun 发表于 2021-9-6 00:20
我用在脉冲输出，运算写在中断里，每个脉冲改一次频率，设了一个灯，如果加速完成，灯就亮。灯亮的时间大 ...

看不到完整的程序,不知道怎么回事
没有看到PCA相关设定,PCA工作在什么模式?

作者: litingkun 时间: 2021-9-6 08:09

Y_G_G 发表于 2021-9-6 06:16
看不到完整的程序,不知道怎么回事
没有看到PCA相关设定,PCA工作在什么模式?

PCA 高速脉冲输出，系统时钟11059200 不分频。
CCON = 0x00;
CMOD = 0x08; //PCA时钟为系统时钟
CL = 0x00;
CH = 0x00;
CCAPM0 = 0x4d; //PCA模块0为16位定时器模式并使能脉冲输出

作者: Y_G_G 时间: 2021-9-6 09:23

litingkun 发表于 2021-9-6 08:09
PCA 高速脉冲输出，系统时钟11059200 不分频。
CCON = 0x00;
CMOD = 0x08; ...

我也是服了,在我遇到的绝大多数人中,用到STC的,一般就是DIY或者学习,所以,我并不觉得一个一个STC的代码有什么保密性可言,你就不能上传一个完整的工程文件?到这问问题,你就应该先考虑到这个要不要保密的问题了

暂时不说这个,就你的程序而言
if (Int_value=3316) 你不得少了一个"="吗?
Int_i在大于Pnode之后是怎么处理的?
我可以认为,你说的3秒,问题肯定不是出现在"浮点数"上,单片机在浮点运算上是很"弱",但并不是绝对的不能用

作者: litingkun 时间: 2021-9-6 18:37
先感谢各位前辈指导，这个论坛的人真的很热心。
因只是自学，非商用，程序也没保密一说，只是全贴太多，怕耐心无法支持看完。所以只写了重点。
附件是程序，用PCA的高速脉冲输出控制步进电机（配控制器的），电机加速启动。加速的参数和方程上文已提到。方程写在脉冲中断里面，中断时计数器赋新值，方程计算下一个值。加速完成LED灯亮起。
但实现运行起来电机咔咔的响。灯亮的时间实际是8s.所以应该是每个脉冲都做浮点运算，运算时间比脉冲发送本身都长导致的。

还想请教各位前辈，有什么办法实现脉冲频率按方程变化。如果写一个表在EEPROM里面，想通过按键改变加启变化就不容易了。
//S曲线脉冲输出C文件
//21-9-2 V1.0
//作者：Tony
//说明：SYSclk=11059200 FOSC=SYSclk 模块0
// node节点数量大65536

#include "pulse.h"    //！！注意点,一定要引入！！

WORD Int_value;
float Int_i,Pmin,Pmax,Pnode,Pscale;       //全局变量
/*****************************************************************************

** 函数名称: PCA_isr()

** 功能描述: PCA脉冲中断

** 全局变量: Int_i ; Pnode ; Int_value ;Pmin;Pmax;Pscale;Pnode

** 调用模块: 无

** 输入: 无

** 输出: 无

******************************************************************************/
void PCA_isr() interrupt 7
{

if ((unsigned int)Int_i < (unsigned int)Pnode ) //脉冲数量小于node数量加速运行
{
CCF0 = 0; //清除中断标示位

CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value>> 8;

Int_value+= (signed int)(FOSC/2/FREQDIV/(Pmin+(Pmax-Pmin)/(1+exp(-Pscale*(Int_i-Pnode/2)/(Pnode/2)))));

Int_i++;
}
else //最高脉冲匀速运行
{
CCF0 = 0; //清除中断标示位

CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value>> 8;

Int_value+= (signed int)(FOSC/2/FREQDIV/Pmax);
P10=0;
}
}

/*****************************************************************************

** 函数名称: ACCStart

** 功能描述: 加速启动函数

** 全局变量: 无

** 调用模块: main（）

** 输入: fmin：启动脉冲频率,fmax：最高脉冲频率，scale:加速系统，node:脉冲数量

** 输出: 无

******************************************************************************/
void ACCStart(WORD fmin ,WORD fmax, BYTE scale, WORD node)
{

Int_value=0;       //初始化脉冲数

if(CR == 1) //启动判断 CR=1退出程序
return;

CCON = 0x00; //初始化PCA控制寄存器    PCA定时器停止    清除CF标志    清除模块中断标志
CMOD = 0x08;                               //PCA时钟为系统时钟    禁止寄存器CCON中CF位的中断
CL = 0x00; //复位PCA寄存器
CH = 0x00;
CCAPM0 = 0x4d;                            //PCA模块0为16位定时器模式并使能脉冲输出

Pmin=fmin;
Pmax=fmax;
Pscale=scale;
Pnode=node;

Int_value=FOSC/2/FREQDIV/Pmin; //初始脉冲数赋值
CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value >> 8;

Int_value+= (signed int)(FOSC/2/FREQDIV/(Pmin+(Pmax-Pmin)/(1+exp(-Pscale*(1-Pnode/2)/(Pnode/2)))));    //第2个脉冲数计算

Int_i=2;
CR = 1;                                  //启动PCA计时器
EA = 1;    //启动中断使能
}

作者: 188610329 时间: 2021-9-6 19:06

litingkun 发表于 2021-9-6 18:37
先感谢各位前辈指导，这个论坛的人真的很热心。
因只是自学，非商用，程序也没保密一说，只是全贴太多 ...

你问题如果解决了,就不用再贴代码上来了.
运算时间长，是在我意料之中的。
也许有人觉得，浮点运算，对于没有硬件浮点运算器的51单片机没什么影响。但是，实际上影响还是很大的。
如果纯粹的浮点数的加减乘除，还好一点。但是你的程序里用到了 EXP, 我没记错的话，EXP 是 MATH.H 函数库里的东西。但凡用到了 MATH.H 我就没舒服过。有一次写代码用到 LOG, 直接把我弄得没脾气了。所以我才提议，能搞出一个数据表的话，用查表会好点。后来但凡遇到需要用MATH.H 的我都尽量的改成查表。顺便提一下，KEIL 自带的函数库，都是比较傻的，如果有能力自己写几个函数库，会效率更高。举个简单例子，你LONG型除以一个CHAR 型，KEIL 的做法是把你的CHAR 型也变成 LONG，然后用加法器的SUBB 来移位减法来做除法，效率之低令人发指，自己写一个函数分段用DIV，效率能提升30倍。

所以，你要优化你的代码的话……
可以考虑把你的那段公式拆分。能在 CHAR 或者 Short ，LONG完成的部分，先完成。最后再去进行浮点运算，浮点运算后如果后续可以不用浮点了，尽快转成整形，那么，单片机的效率又可以一个提升。
有些死的东西可以提前算好，放到临时变量。比如 FOSC/2/FREQDIV 你不用每次都算吧？可以先算好，来减轻浮点运算时的负担。

作者: Y_G_G 时间: 2021-9-6 23:13

litingkun 发表于 2021-9-6 18:37
先感谢各位前辈指导，这个论坛的人真的很热心。
因只是自学，非商用，程序也没保密一说，只是全贴太多 ...

你确定主函数中这个if (Int_value=3316)不改一下吗?

作者: Hephaestus 时间: 2021-9-7 05:07

int32_t fxexp(int32_t x) {
int32_t t,y;
y=0x00010000;
t=x-0x58b91;if(t>=0) x=t,y<<=8;
t=x-0x2c5c8;if(t>=0) x=t,y<<=4;
t=x-0x162e4;if(t>=0) x=t,y<<=2;
t=x-0x0b172;if(t>=0) x=t,y<<=1;
t=x-0x067cd;if(t>=0) x=t,y+=y>>1;
t=x-0x03920;if(t>=0) x=t,y+=y>>2;
t=x-0x01e27;if(t>=0) x=t,y+=y>>3;
t=x-0x00f85;if(t>=0) x=t,y+=y>>4;
t=x-0x007e1;if(t>=0) x=t,y+=y>>5;
t=x-0x003f8;if(t>=0) x=t,y+=y>>6;
t=x-0x001fe;if(t>=0) x=t,y+=y>>7;
if(x&0x100) y+=y>>8;
if(x&0x080) y+=y>>9;
if(x&0x040) y+=y>>10;
if(x&0x020) y+=y>>11;
if(x&0x010) y+=y>>12;
if(x&0x008) y+=y>>13;
if(x&0x004) y+=y>>14;
if(x&0x002) y+=y>>15;
if(x&0x001) y+=y>>16;
return y;
}

复制代码

给你贴个定点数exp()算法吧，32位，小数点在16位，也就是说0x10000表示1，0x7fffffff表示32768。函数的入口和出口都是这种定点格式。

作者: wulin 时间: 2021-9-7 08:35

litingkun 发表于 2021-9-6 18:37
先感谢各位前辈指导，这个论坛的人真的很热心。
因只是自学，非商用，程序也没保密一说，只是全贴太多 ...

楼主这个程序的计算方式耗时远大于脉冲周期，怎么可能正常运行？完全相同的数据重复计算为什么不放在预处理完成？只不过算PCA定时器初值不至要用浮点运算。可以借鉴如下连接中本人回帖的思路处理PCA定时器初值。
http://www.51hei.com/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=211892
利用Excel工作表SUM函数功能，计算脉冲周期制作一个16位数组，直接调用数组赋值。

CCAP0L = Int_v;
CCAP0H = Int_v >> 8;
i++;

作者: litingkun 时间: 2021-9-8 11:59

Hephaestus 发表于 2021-9-7 05:07
给你贴个定点数exp()算法吧，32位，小数点在16位，也就是说0x10000表示1，0x7fffffff表示32768。函数的入 ...

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