請問單片機的浮點的運算要怎么處理?

ID:961122 · 發表于 2021-9-5 13:23

請問exp()函數輸入輸出都是浮點數，計算的最終結果要一個整數。
請問要始何做才能得到正確的結果。下面的程序一得出的數值不正確。
公式在下圖。
#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))）
}

ID:161164 · 發表于 2021-9-5 16:50

Int_i的類型是無符號
Int_i-500這一步會等于65536-500=65036

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

ID:624769 · 發表于 2021-9-5 17:22

首先，你要浮點運算的話，變量類型不能用INT
必須要用 float，其次盡可能所有參與浮點運算的變量最好都是 float
最后，不知道你的單片機什么內核的，如果是51內核，最好避免浮點運算。是真的抗不住。不管是最后編譯后的代碼量，還是對MCU的負荷都是巨大的。

ID:961122 · 發表于 2021-9-5 18:53

按兩位指導改了一下測試程序，數值對了。也確實運算時間太長了。
#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);
}

ID:624769 · 發表于 2021-9-5 21:16

litingkun 發表于 2021-9-5 18:53
按兩位指導改了一下測試程序，數值對了。也確實運算時間太長了。
#include
#include

如果，能用 1K以內的查表來代替的話，能不用浮點就不用浮點吧。

ID:57657 · 發表于 2021-9-5 21:43

litingkun 發表于 2021-9-5 18:53
按兩位指導改了一下測試程序，數值對了。也確實運算時間太長了。
#include
#include

8位單片機，浮點運算性能較差，具體需要多長時間需要用邏輯分析儀檢測。

ID:624769 · 發表于 2021-9-5 21:49

npn 發表于 2021-9-5 21:43
8位單片機，浮點運算性能較差，具體需要多長時間需要用邏輯分析儀檢測。

51內核的話，壓根不是差的問題了……，是根本沒有浮點運算能力，是用海量的整形來模擬浮點運算。所以，根本抗不住，用這種模擬浮點，把單片機做個計算器也就算了，做其他的東西，壓根等不起。

ID:961122 · 發表于 2021-9-5 21:51

調了兩天最后數值調對了，從1600Hz加速到5304H，中間1000個脈沖，估計是0.26S 終果電機一抖一抖用了大概3S才加速完。

ID:961122 · 發表于 2021-9-5 21:52

單片機STC15W408AS

ID:883242 · 發表于 2021-9-5 23:34

應該用PC上面的c語言編譯器按照你的公式生成一個表格，比你現在的代碼不僅快還省Flash空間。

ID:401564 · 發表于 2021-9-5 23:43

litingkun 發表于 2021-9-5 21:51
調了兩天最后數值調對了，從1600Hz加速到5304H，中間1000個脈沖，估計是0.26S 終果電機一抖一抖用了 ...

時間長并不是浮點數的問題
8位單片機在浮點運算上的能力是比較弱的,速度會很慢,用時相當的長
但這是對于CPU"時間"而言的,并不是針對現實的時間
你這個用時那么長,難不成是一直在計算?就是換了整型運算,也是一樣的

(double)(GPS_Buffer1.GPS_Buffer[a+4]-48)/1000+(double)(GPS_Buffer1.GPS_Buffer[a+5]-48)/10000
)/60;
8051進行以上運算用了367個字節長度的代碼進行,指令用了200條左右,12M晶振以1T的STC8051單片機運算,用時就是:200*1/12,大概就是16uS,往大了說,就是1mS也不算長呀

ID:961122 · 發表于 2021-9-6 00:20

Y_G_G 發表于 2021-9-5 23:43
時間長并不是浮點數的問題
8位單片機在浮點運算上的能力是比較弱的,速度會很慢,用時相當的長
但這是對 ...

我用在脈沖輸出，運算寫在中斷里，每個脈沖改一次頻率，設了一個燈，如果加速完成，燈就亮。燈亮的時間大概是3秒。
void PCA_isr() interrupt 7
{

if ((unsigned int)Int_i < (unsigned int)Pnode ) //脈沖數量小于node數量加速運行
{
CCF0 = 0; //清除中斷標示位

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 //最高脈沖勻速運行
{
CCF0 = 0; //清除中斷標示位

CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value>> 8;

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

}
}

ID:401564 · 發表于 2021-9-6 06:16

litingkun 發表于 2021-9-6 00:20
我用在脈沖輸出，運算寫在中斷里，每個脈沖改一次頻率，設了一個燈，如果加速完成，燈就亮。燈亮的時間大 ...

看不到完整的程序,不知道怎么回事
沒有看到PCA相關設定,PCA工作在什么模式?

ID:961122 · 發表于 2021-9-6 08:09

Y_G_G 發表于 2021-9-6 06:16
看不到完整的程序,不知道怎么回事
沒有看到PCA相關設定,PCA工作在什么模式?

PCA 高速脈沖輸出，系統時鐘11059200 不分頻。
CCON = 0x00;
CMOD = 0x08; //PCA時鐘為系統時鐘
CL = 0x00;
CH = 0x00;
CCAPM0 = 0x4d; //PCA模塊0為16位定時器模式并使能脈沖輸出

ID:401564 · 發表于 2021-9-6 09:23

litingkun 發表于 2021-9-6 08:09
PCA 高速脈沖輸出，系統時鐘11059200 不分頻。
CCON = 0x00;
CMOD = 0x08; ...

我也是服了,在我遇到的絕大多數人中,用到STC的,一般就是DIY或者學習,所以,我并不覺得一個一個STC的代碼有什么保密性可言,你就不能上傳一個完整的工程文件?到這問問題,你就應該先考慮到這個要不要保密的問題了

暫時不說這個,就你的程序而言
if (Int_value=3316) 你不得少了一個"="嗎?
Int_i在大于Pnode之后是怎么處理的?
我可以認為,你說的3秒,問題肯定不是出現在"浮點數"上,單片機在浮點運算上是很"弱",但并不是絕對的不能用

ID:961122 · 發表于 2021-9-6 18:37

先感謝各位前輩指導，這個論壇的人真的很熱心。
因只是自學，非商用，程序也沒保密一說，只是全貼太多，怕耐心無法支持看完。所以只寫了重點。
附件是程序，用PCA的高速脈沖輸出控制步進電機（配控制器的），電機加速啟動。加速的參數和方程上文已提到。方程寫在脈沖中斷里面，中斷時計數器賦新值，方程計算下一個值。加速完成LED燈亮起。
但實現運行起來電機咔咔的響。燈亮的時間實際是8s.所以應該是每個脈沖都做浮點運算，運算時間比脈沖發送本身都長導致的。

還想請教各位前輩，有什么辦法實現脈沖頻率按方程變化。如果寫一個表在EEPROM里面，想通過按鍵改變加啟變化就不容易了。
//S曲線脈沖輸出C文件
//21-9-2 V1.0
//作者：Tony
//說明：SYSclk=11059200 FOSC=SYSclk 模塊0
// node節點數量大65536

#include "pulse.h"    //！！注意點,一定要引入！！

WORD Int_value;
float Int_i,Pmin,Pmax,Pnode,Pscale;       //全局變量
/*****************************************************************************

** 函數名稱: PCA_isr()

** 功能描述: PCA脈沖中斷

** 全局變量: Int_i ; Pnode ; Int_value ;Pmin;Pmax;Pscale;Pnode

** 調用模塊: 無

** 輸入: 無

** 輸出: 無

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

if ((unsigned int)Int_i < (unsigned int)Pnode ) //脈沖數量小于node數量加速運行
{
CCF0 = 0; //清除中斷標示位

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 //最高脈沖勻速運行
{
CCF0 = 0; //清除中斷標示位

CCAP0L = Int_value;
CCAP0H = Int_value>> 8;

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

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

** 函數名稱: ACCStart

** 功能描述: 加速啟動函數

** 全局變量: 無

** 調用模塊: main（）

** 輸入: fmin：啟動脈沖頻率,fmax：最高脈沖頻率，scale:加速系統，node:脈沖數量

** 輸出: 無

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

Int_value=0;       //初始化脈沖數

if(CR == 1) //啟動判斷 CR=1退出程序
return;

CCON = 0x00; //初始化PCA控制寄存器    PCA定時器停止    清除CF標志    清除模塊中斷標志
CMOD = 0x08;                               //PCA時鐘為系統時鐘    禁止寄存器CCON中CF位的中斷
CL = 0x00; //復位PCA寄存器
CH = 0x00;
CCAPM0 = 0x4d;                            //PCA模塊0為16位定時器模式并使能脈沖輸出

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

Int_value=FOSC/2/FREQDIV/Pmin; //初始脈沖數賦值
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個脈沖數計算

Int_i=2;
CR = 1;                                  //啟動PCA計時器
EA = 1;    //啟動中斷使能
}

ID:624769 · 發表于 2021-9-6 19:06

litingkun 發表于 2021-9-6 18:37
先感謝各位前輩指導，這個論壇的人真的很熱心。
因只是自學，非商用，程序也沒保密一說，只是全貼太多 ...

你問題如果解決了,就不用再貼代碼上來了.
運算時間長，是在我意料之中的。
也許有人覺得，浮點運算，對于沒有硬件浮點運算器的51單片機沒什么影響。但是，實際上影響還是很大的。
如果純粹的浮點數的加減乘除，還好一點。但是你的程序里用到了 EXP, 我沒記錯的話，EXP 是 MATH.H 函數庫里的東西。但凡用到了 MATH.H 我就沒舒服過。有一次寫代碼用到 LOG, 直接把我弄得沒脾氣了。所以我才提議，能搞出一個數據表的話，用查表會好點。后來但凡遇到需要用MATH.H 的我都盡量的改成查表。順便提一下，KEIL 自帶的函數庫，都是比較傻的，如果有能力自己寫幾個函數庫，會效率更高。舉個簡單例子，你LONG型除以一個CHAR 型，KEIL 的做法是把你的CHAR 型也變成 LONG，然后用加法器的SUBB 來移位減法來做除法，效率之低令人發指，自己寫一個函數分段用DIV，效率能提升30倍。

所以，你要優化你的代碼的話……
可以考慮把你的那段公式拆分。能在 CHAR 或者 Short ，LONG完成的部分，先完成。最后再去進行浮點運算，浮點運算后如果后續可以不用浮點了，盡快轉成整形，那么，單片機的效率又可以一個提升。
有些死的東西可以提前算好，放到臨時變量。比如 FOSC/2/FREQDIV 你不用每次都算吧？可以先算好，來減輕浮點運算時的負擔。

ID:401564 · 發表于 2021-9-6 23:13

litingkun 發表于 2021-9-6 18:37
先感謝各位前輩指導，這個論壇的人真的很熱心。
因只是自學，非商用，程序也沒保密一說，只是全貼太多 ...

你確定主函數中這個if (Int_value=3316)不改一下嗎?

ID:883242 · 發表于 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;
}

復制代碼

給你貼個定點數exp()算法吧，32位，小數點在16位，也就是說0x10000表示1，0x7fffffff表示32768。函數的入口和出口都是這種定點格式。

ID:213173 · 發表于 2021-9-7 08:35

litingkun 發表于 2021-9-6 18:37
先感謝各位前輩指導，這個論壇的人真的很熱心。
因只是自學，非商用，程序也沒保密一說，只是全貼太多 ...

樓主這個程序的計算方式耗時遠大于脈沖周期，怎么可能正常運行？完全相同的數據重復計算為什么不放在預處理完成？只不過算PCA定時器初值不至要用浮點運算。可以借鑒如下連接中本人回帖的思路處理PCA定時器初值。
http://www.zg4o1577.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=211892
利用Excel工作表SUM函數功能，計算脈沖周期制作一個16位數組，直接調用數組賦值。

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

ID:961122 · 發表于 2021-9-8 11:59

Hephaestus 發表于 2021-9-7 05:07
給你貼個定點數exp()算法吧，32位，小數點在16位，也就是說0x10000表示1，0x7fffffff表示32768。函數的入 ...

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請問單片機的浮點的運算要怎么處理?