AVR單片機定點運算及數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序

AVR單片機問世以來,獲得廣泛關(guān)注。它是一種采用精簡指令集、以時鐘周期為機器周期的高速單片機。它采用快速寄存器文件（共有32個寄存器 R0~R31，其中R16~R31具有較強通用功能）、快速單周期指令。另外在存儲器技術(shù)(Flash存儲器、EEPROM)、低功耗、系統(tǒng)可靠性、定時 /計數(shù)器功能多樣化等方面也都具特色。但由于采用精簡指令集,它沒有一般8位機的DAA指令。因BCD碼加減法運算及定點數(shù)制轉(zhuǎn)換都要用到DAA功能,故給使用匯編語言研發(fā)帶來不便。本文重點介紹用軟件實現(xiàn)DAA的方法。

計算機采用的十進制操作數(shù)一般都為壓縮型8421 BCD碼,每個BCD碼表示1位十進制數(shù)。每2位BCD碼共存于同一字節(jié)單元中，故BCD運算涉及狀態(tài)寄存器SREG的進位C（第0位）和半進位H（第5 位）。它們分別為高、低位BCD的進（借）位。在進行BCD碼加減運算時，計算機是按二進制數(shù)對待的，因此會產(chǎn)生與十進制運算規(guī)則不相符合的情況：一是當(dāng)產(chǎn)生進（借）位（C=1或H=1）時，該進（借）位等于16(對所涉及的1位BCD碼而言)，而在十進制運算中應(yīng)等于10；二是可能產(chǎn)生非法BCD碼（值大于9）。軟件DAA即為糾正以上錯誤而設(shè)的。

1 軟件DAA的實現(xiàn)方法

1.1 實現(xiàn)加法DAA功能子程序ADAA和ADAA1的設(shè)計方法

經(jīng)實踐考查，BCD碼加法運算，可產(chǎn)生以下3種情況：

① 不須調(diào)整，特點是既不產(chǎn)生進位，也不產(chǎn)生非法BCD碼。如$22+$11=$33。

② 產(chǎn)生非法BCD碼，必須加6調(diào)整。特點是BCD碼相加后不產(chǎn)生進位，但加6調(diào)整后產(chǎn)生進位。如
$36+$37=$6D(產(chǎn)生非法BCD)，加6調(diào)整后變?yōu)?73(產(chǎn)生半進位H)。$68+$87=$EF，加$66調(diào)整后變?yōu)?155(產(chǎn)生進位C和半進位H)等。

③ 產(chǎn)生進位，必須加6調(diào)整。特點是BCD碼相加只產(chǎn)生進位，不會同時產(chǎn)生非法BCD碼；而加6調(diào)整后既不會再產(chǎn)生進位/半進位(而是清除了原來的進位/半進位)，也不會產(chǎn)生非法BCD碼。例：
$99+$88=$121，進位C和半進H位都置位，故加$66來調(diào)整：$21+$66=$87，并要恢復(fù)進位C。

綜合以上3種情況，得出下面加法DAA之實現(xiàn)方法：首先保存BCD碼相加后的狀態(tài)寄存器SREG(保存其中的進位C和半進位H，稱為Co和Ho)。再將 BCD碼之和加上$66，產(chǎn)生出新的進位Cn及半進位Hn。若Co、Cn中有1個置位(只能有1個!)，說明高位BCD滿足調(diào)整條件并調(diào)整完畢，否則為不夠調(diào)整條件，應(yīng)減$60恢復(fù)；若Ho、Hn中有1個(只能有1個！)置位，說明低位BCD滿足調(diào)整條件并調(diào)整完畢，否則為不夠調(diào)整條件，應(yīng)減6恢復(fù)。程序中是將新、舊進位和半進位對應(yīng)或起來，只對或結(jié)果進行判斷。注意，軟件DAA功能既要保證本字節(jié)壓縮BCD碼相加值的正確性，又要保證對高位 BCD產(chǎn)生進位的正確性，故要將Co∨Cn的結(jié)果返還給SREG，以使下一步能正確實現(xiàn)高位BCD帶進位加。

ADAA為BCD碼相加調(diào)整子程序，使用寄存器R20作為工作單元（使用R22、R11、R10等3個寄存器作為輔助工作單元），所有調(diào)整工作都在此單元內(nèi)進行。

ADAA1為數(shù)制轉(zhuǎn)換程序中實現(xiàn)BCD碼左移調(diào)整的子程序，為加法DAA之特例：它在R20工作單元內(nèi)實施BCD碼帶進位位自加并完成對和的調(diào)整。

1.2 實現(xiàn)減法DAA功能子程序SDAA的設(shè)計方法

由實踐可知，減法DAA要比加法來得簡單：只須對產(chǎn)生借位的BCD碼進行調(diào)整。BCD碼減法運算，只有以下2種情況:

① 不產(chǎn)生借位，不須調(diào)整，如 $22-$11=$11。

② 產(chǎn)生借位，此時不論有否非法BCD碼產(chǎn)生，一律對產(chǎn)生借位的BCD碼加$A調(diào)整。但AVR單片機沒有加字節(jié)型立即數(shù)指令，改為減6調(diào)整，要注意加原和減補對進位的影響是相反的。為保證多字節(jié)壓縮BCD碼運算的正確性，若調(diào)整后清除了借位C，必須將其恢復(fù)。例如$22-$54=$CE，因C、H皆置位，用減去$66來調(diào)整$CE-$66=$68，調(diào)整后清除了借位C，故子程序中還要加SEC 指令來恢復(fù)借位C。

注：MCS-51單片機減法DAA子程序很容易按此移植(半進位為AC)。

1.3 實現(xiàn)右移DAA功能子程序RDAA的設(shè)計方法

見3 定點數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序中對BCD碼右移調(diào)整的說明。

2 定點運算子程序

（1）多字節(jié)壓縮BCD碼加法子程序ADBCD

加法在寄存器內(nèi)直接完成，以R20為DAA工作單元。BCD碼相加后，將和送到R20，調(diào)用ADAA子程序，實現(xiàn)對和的調(diào)整（返回主程序后再回送調(diào)整結(jié)果）。

（2）多字節(jié)壓縮BCD碼減法子程序SUBCD

減法在寄存器內(nèi)直接完成，以R20為DAA工作單元。BCD碼相減后，將差送至R20，調(diào)用SDAA子程序，實現(xiàn)對差的調(diào)整（返回主程序后再回送調(diào)整結(jié)果）。

（3）乘法子程序MUL16

操作：(R13，R12)×(R15，R14)→ R17，R16，R15，R14

采用字乘字無符號數(shù)運算。采取逐次右移部分積和乘數(shù)，當(dāng)乘數(shù)移出位等于1時將被乘數(shù)加入部分積的方法完成計算?？梢暈?6位整數(shù)×16位整數(shù)→32位整數(shù)，也可視為16位整數(shù)×16位小數(shù)→16位整數(shù)，或視為16位小數(shù)×16位小數(shù)→32位小數(shù)?？杉由仙崛胩幚?。

（4）除法子程序DIV16

操作：(R17，R16，R15，R14)÷(R13，R2)→R15，R14

采用雙字除以字無符號數(shù)運算。采取逐次左移被除數(shù)與除數(shù)相減、試商、記商的方法完成計算?？梢暈殡p字型整數(shù)÷字型整數(shù)→字型整數(shù)，也可視為小數(shù)÷小數(shù)→ 小數(shù)。要求 (R17,R16)＜(R13,R12)?？杉由仙崛胩幚恚⒁饪赡墚a(chǎn)生舍入溢出(例如$7FFFC000÷$8000=$FFFF.8，舍入取整即產(chǎn)生溢出)。