1 引 言
這里的倒計時就是計算出從當(dāng)前時間點需要經(jīng)過多長時間才能到達目標(biāo)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(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(dāng)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(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(biāo)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(dāng)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(biāo)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(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現(xiàn)環(huán)節(jié)。
3 針對目標(biāo)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(dāng)前時間點與目標(biāo)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)。
( 2)到參考時間點的時間差算法
該算法有兩個重點， 一是參考時間點的選取， 二是根據(jù)閏年規(guī)則對時間差中的天數(shù)進行補償。
關(guān)于參考時間點的選取， 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。
圖1是時間點到該參考時間點算法的示例代碼，pT mi e是指向時間點的數(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， 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是計算時間點與參考時間點的年份、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) 就是初步的閏年補償計算， 補償規(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)， 也就是要補償?shù)奶鞌?shù)。
圖1- 4是根據(jù)世紀年(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)果進行校正。這是因為圖1- 3 進行的閏年補償計算所依據(jù)的是非世紀年的閏年判斷規(guī)則， 這一規(guī)則在判斷世紀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)實際需要決定是否運行該計算。
圖1- 5是判斷時間點的年份是否閏年， 進而進行最后的天數(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本身的年份。在本計算中，先調(diào)用函數(shù)判斷時間點年份是否閏年， 再根據(jù)時間點的月份是否超過2月決定是否對天數(shù)進行補償。
圖1 - 6是記錄時間差結(jié)果。因為參考時間點的時分秒選擇的是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)時間點與參考時間點的時間差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針， pT ime1是指向當(dāng)前時間點與參考時間點的時間差數(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)則進行時間借位。其實質(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)果進行進位補償。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)實際需要把最大的時間單位設(shè)為小時或分鐘。
在實際的時間差相減計算中， 為了避免負值的出現(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)前時間點的時間單位超過目標(biāo)時間點的時間單位， 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， 否則進入次一級時間單位的判斷。
( 3)若當(dāng)前時間點的時間單位小于目標(biāo)時間點的時間單位， 則視此時間單位為最高時間單位， 進行借位相減計算。
由此， 即可計算出兩個時間點的精確時間差。
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)對其中一種算法進行了詳細的闡述。該算法已在實際項目中獲得應(yīng)用， 其計時準確， 工作穩(wěn)定。