1  引  言

　　這里的倒計時就是計算出從當(dāng)前時間點(diǎn)需要經(jīng)過多長時間才能到達(dá)目標(biāo)時間點(diǎn),。從另一個角度講,， 就是計算出兩個時間點(diǎn)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(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)成的倒計時系統(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(biāo)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(diǎn)的時間差,。對時間段倒計時就是先獲取兩個時間點(diǎn)之間的時間差，然后隨著運(yùn)行時間的增加對該時間差按運(yùn)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(dāng)然,， 在實(shí)際計算時， 最好先把天換算為秒,， 再按運(yùn)行時間遞減,。

　　●針對目標(biāo)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(biāo)時間,， 微控制器須自行計算出當(dāng)前時間與目標(biāo)時間的時間差,。在這種情況下，隨著當(dāng)前時間的改變,， 微控制器必須反復(fù)計算與目標(biāo)時間的時間差,， 直至差值為0。

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

　　然后,， 當(dāng)前時間一旦改變,， 微控制器就必須重新計算時間差， 直到當(dāng)前時間到達(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(biāo)時間點(diǎn),。

　　( 2)采取的算法不同

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

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

　　第二種思路的主要算法就是計算出兩個時間點(diǎn)之間的時間差,。該算法不僅牽涉到時間規(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獲取當(dāng)前的準(zhǔn)確時間,， 因此要求微處理器必須具備實(shí)時時鐘功能,。

　　( 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)行時所經(jīng)過的時間無法掌控,， 進(jìn)而導(dǎo)致倒計時運(yùn)算無法繼續(xù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)需要兩點(diǎn): 一是斷電保護(hù)的實(shí)時時鐘功能,， 這是為了微控制器能夠隨時讀取準(zhǔn)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(biāo)時間。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(diǎn)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(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存儲功能,， 也可以輕松滿足。

　　可見,， 針對目標(biāo)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(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。

　　3  針對目標(biāo)時間點(diǎn)的倒計時算法實(shí)現(xiàn)

　　如前所述,， 該算法主要是計算當(dāng)前時間點(diǎn)與目標(biāo)時間點(diǎn)的時間差,。具體思路就是先選擇一個參考時間點(diǎn)， 然后分別計算出這兩個時間點(diǎn)與參考時間點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)到參考時間點(diǎn)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(diǎn)的格式; 一是時間差的格式。時間點(diǎn)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)。

　　( 2)到參考時間點(diǎn)的時間差算法

　　該算法有兩個重點(diǎn),， 一是參考時間點(diǎn)的選取,， 二是根據(jù)閏年規(guī)則對時間差中的天數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

　　關(guān)于參考時間點(diǎn)的選取,， 應(yīng)符合兩個原則: 一是方便閏年的計算,， 二是方便時間差的計算。在這里,，選取2001年1月1日0時0分0秒為參考時間點(diǎn),。

　　圖1是時間點(diǎn)到該參考時間點(diǎn)算法的示例代碼，pT mi e是指向時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針,， pResult是指向時間差的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針,。下面對該段代碼逐條說明。

圖1  天數(shù)時間差參考代碼

　　圖1- 1定義了一個數(shù)組,， 它的12個元素對應(yīng)1月份到12月份所累積的天數(shù),。請注意兩點(diǎn)， 一是該天數(shù)不包括本月份的天數(shù),， 二是二月份的天數(shù)按28天計,。

　　圖1- 2是計算時間點(diǎn)與參考時間點(diǎn)的年份、月份與日期的差值,。

　　圖1- 3 是初步計算天數(shù)差,。在這里應(yīng)用到了圖1- 1定義的數(shù)組與圖1- 2的計算結(jié)果。首先,，按照每年365天來計算天數(shù),， 再按照閏年個數(shù)補(bǔ)償天數(shù),， 最后按月份日期的差值計算本年度過的天數(shù)。

　　代碼中的( Y earId /4) 就是初步的閏年補(bǔ)償計算,， 補(bǔ)償規(guī)則就是把年份差被4整除的值視為經(jīng)過的閏年個數(shù),， 也就是要補(bǔ)償?shù)奶鞌?shù)。

　　圖1- 4是根據(jù)世紀(jì)年(也就是能被100整除的年份)的閏年判斷規(guī)則對圖1- 3的計算結(jié)果進(jìn)行校正,。這是因為圖1- 3 進(jìn)行的閏年補(bǔ)償計算所依據(jù)的是非世紀(jì)年的閏年判斷規(guī)則,， 這一規(guī)則在判斷世紀(jì)年是否為閏年時可能會產(chǎn)生誤差。在這里,， 對該步驟算法采用了條件編譯,， 這是考慮到該計算牽涉到真正的多字節(jié)除法， 比較耗時,， 設(shè)計者可以根據(jù)實(shí)際需要決定是否運(yùn)行該計算,。

　　圖1- 5是判斷時間點(diǎn)的年份是否閏年， 進(jìn)而進(jìn)行最后的天數(shù)調(diào)整,。請注意,， 在圖1- 3與圖1- 4的計算中， 只計算了度過的年份中包含了多少個閏年,， 這其中不包含時間點(diǎn)本身的年份,。在本計算中，先調(diào)用函數(shù)判斷時間點(diǎn)年份是否閏年,， 再根據(jù)時間點(diǎn)的月份是否超過2月決定是否對天數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,。

　　圖1 - 6是記錄時間差結(jié)果。因為參考時間點(diǎn)的時分秒選擇的是0時0分0秒,， 所以時間差的時分秒也就是時間點(diǎn)的時分秒,。

　　圖2是閏年判斷函數(shù)的參考代碼。該函數(shù)提供了兩種判斷計算,， 一種是關(guān)于閏年規(guī)則的完整判斷,，即當(dāng)年份不能被100整除時， 能被4整除的是閏年;當(dāng)年份能被100整除時,， 必須能被400 整除才是閏年,。另一種是簡易判斷， 即把能被4整除的年份視為閏年(當(dāng)然,， 該判斷只在年份不能被100整除時才正確),。這兩種計算的復(fù)雜程度與應(yīng)用條件不同， 設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要自行選擇,。

圖2  閏年檢測函數(shù)參考代碼

　　請注意,， 如果參考時間點(diǎn)選擇的不是2001年1月1日0時0分0秒， 則上述算法需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,。

　　( 3)時間差相減算法時間差相減算法的主要處理方法是按時間規(guī)則進(jìn)行借位相減,。

　　圖3 是完整的時間差借位相減的參考代碼,， 其前提是時間差中的天數(shù)差不為0。代碼中pT im e0是指向目標(biāo)時間點(diǎn)與參考時間點(diǎn)的時間差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針,， pT ime1是指向當(dāng)前時間點(diǎn)與參考時間點(diǎn)的時間差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針,。

　　下面對圖3的代碼逐條分析。

　　圖3- 1 就是按時間規(guī)則進(jìn)行時間借位,。其實(shí)質(zhì)是小時單位向天數(shù)單位借1天,， 增加24小時; 分鐘單位向小時單位借1小時， 增加60分鐘; 秒單位向分鐘單位借1分鐘,， 增加60秒,。

　　圖3- 2是時間差相減。注意,， 因為天數(shù)差被借走一天， 所以要減1,。

　　圖3- 3 是根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)位補(bǔ)償,。因為經(jīng)過借位， 相減的結(jié)果有可能超過時間單位的上限,，此時就要按時間規(guī)則進(jìn)位,。

　　請注意， 圖3代碼是以天數(shù)為最高時間單位的借位計算,， 可以根據(jù)實(shí)際需要把最大的時間單位設(shè)為小時或分鐘,。

　　在實(shí)際的時間差相減計算中， 為了避免負(fù)值的出現(xiàn),， 應(yīng)先從天數(shù)開始對兩個時間差的時間單位比較數(shù)值大小,， 其結(jié)果按三種情況處理。

　　( 1)若當(dāng)前時間點(diǎn)的時間單位超過目標(biāo)時間點(diǎn)的時間單位,， 表明倒計時結(jié)束,。

　　( 2)若兩個時間單位相同， 當(dāng)時間單位為秒時,，表明倒計時結(jié)束,， 否則進(jìn)入次一級時間單位的判斷。

　　( 3)若當(dāng)前時間點(diǎn)的時間單位小于目標(biāo)時間點(diǎn)的時間單位,， 則視此時間單位為最高時間單位,， 進(jìn)行借位相減計算。

　　由此,， 即可計算出兩個時間點(diǎn)的精確時間差,。

圖3  時間差借位相減參考代碼。

　　4  結(jié)束語

　　在上面的介紹中,， 先討論了倒計時的兩種算法,，再擇優(yōu)對其中一種算法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,。該算法已在實(shí)際項目中獲得應(yīng)用， 其計時準(zhǔn)確,， 工作穩(wěn)定,。