PIC單片機的浮點數(shù)格式及轉(zhuǎn)換

由美國Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機，因其功耗低，超小型，低成本，功能完整，非常適用于便攜式儀表和就地式顯示控制儀表，在國內(nèi)越來越受到用戶的重視和廣泛的應(yīng)用。

在我們設(shè)計的儀表中采用PIC系列單片機，碰到了浮點數(shù)的運算問題，查閱其有關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，其浮點數(shù)的格式及其與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，與我們常用的MCS-51單片機所提供的三字節(jié)、四字節(jié)浮點數(shù)完全不同，本文將說明其浮點數(shù)的格式及其與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換和程序設(shè)計步驟。

1 浮點數(shù)的格式
Microchip公司所采用的浮點數(shù)格式是IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)的變異型。32位浮點數(shù)格式為:

其中：×表示一位二進制數(shù)0或1；eb 為指數(shù)的偏差S為浮點數(shù)的符號位，S=0為正數(shù)，S=1為負數(shù)；小數(shù)點“·”在符號位S的右邊；BY0 BY1 BY2為尾數(shù)的小數(shù)部分。

應(yīng)特別注意：

1. 浮點數(shù)隱含其整數(shù)部分為1。
2. 十進制數(shù)0 的浮點數(shù)表示為00H,00H, 00H, 00H。

2 浮點數(shù)與十進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換
2.1 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)
設(shè):十進數(shù)為A,則2^Z=A，Z= lnA/ln2，指數(shù)P=int(z)；尾數(shù)部分X: X=A/2^P, 其整數(shù)部分隱含為1(零除外),將其小數(shù)部分按原碼格式化為二進制數(shù),即為尾數(shù)的小數(shù)部分BY₀ BY₁ BY₂。而指數(shù)偏差eb=P+7FH(其中的7FH 為指數(shù)的偏移量)。符號位S,視十進制數(shù)的正負而確定。

例如十進制數(shù)50.265化為32位規(guī)格化浮點數(shù)：A=50.265，則Z=ln50.265/ln2，P=int(Z),故P=5; X=A/2^P=50.265/2⁵=1.57078125，將0.57078125化為23位二進制小數(shù)，即是BY₀ BY₁ BY₂，在最高位添上十進制數(shù)的符號位S（因十進制數(shù)為正數(shù)，故S=0）；而eb=P+7FH,所以，十進制數(shù)50.265的32位規(guī)格化浮點數(shù)即為84H，49H，0FH，5CH。

2.2 浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)
設(shè)浮點數(shù)為 eb S.BY₀ BY₁ BY₂。由于浮點數(shù)隱含尾數(shù)的整數(shù)為1,故尾數(shù)X的實際值為:

BY₀ BY₁ BY₂；指數(shù)P=eb－7FH;故:十進制數(shù)

A=(－1)^S×2^P×X

例：32位規(guī)格化浮點數(shù)84H,49H,0FH,5CH轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。

符號位S=0；指數(shù)P=84H－7FH，故P=5; 尾數(shù)的小數(shù)部分為49H,0FH,5CH左移一位，而尾數(shù)的整數(shù)部分隱含為1，故尾數(shù)X的實際值為：1.57078123；十進制數(shù)A=(－1)⁰×2⁵×1.57078123，即A=50.265。

3 浮點數(shù)與十進制數(shù)相互轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計
3.1 浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的程序設(shè)計

1. 檢測浮點數(shù)是否為零；若為零，則十進制數(shù)整數(shù)部分和小數(shù)部分均為零。
2. 保存浮點數(shù)的符號位，將浮點數(shù)隱含的1置于浮點數(shù)的符號位，指數(shù)偏差eb加1，小數(shù)點移到原浮點數(shù)的符號位之前。
3. 判斷指數(shù)偏差大于7FH否？若小于等于7FH,則該進制數(shù)整數(shù)部分為零，浮點數(shù)尾數(shù)部分右移n次(注：n=7FH－指數(shù)偏差eb), 即求得二進制小數(shù)部分。若大于7FH,則將小數(shù)點右移n’次(注:n’=指數(shù)偏差eb－7FH)，即求得二進制整數(shù)部分和小數(shù)部分。
4. 將二進制整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為十進制整數(shù) ；將二進制小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為十進制小數(shù)。至此，完成了浮點數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換。

3.2 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)的程序設(shè)計

1. 檢測十進制數(shù)是否為零，若為零，則浮點數(shù)置成00H,00H,00H,00H。
2. 保存十進制數(shù)的符號位，將十進制數(shù)的整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)，將十進制數(shù)的小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)(設(shè)二進制整數(shù)為三個字節(jié)，二進制小數(shù)為兩個字節(jié))。
3. 將浮點數(shù)的指數(shù)偏差eb置為7FH+23，檢測二進制整數(shù)的最高位是否為1，不是，則將二進制整數(shù)和二進制小數(shù)聯(lián)合左移，左移一次，指數(shù)偏差減1，直至二進制整數(shù)的最高位為1;隱含尾數(shù)整數(shù)的1，將二進制整數(shù)的最高位改為數(shù)的符號位。至此，指數(shù)偏差eb單元及原二進制整數(shù)的三個單元中的內(nèi)容，即構(gòu)成四字節(jié)浮點數(shù)。

最后應(yīng)該指出，本文所述32位浮點數(shù)，精度相當(dāng)于7位十進制數(shù)；32位浮點數(shù)運算程序在Microchip 公司提供的有關(guān)資料中均有,但是,在調(diào)試其浮點子程序時,發(fā)現(xiàn)0減0的結(jié)果為00H,80H, 00H,00H,而不是00H,00H,00H,00H，編程時應(yīng)注意。

4 結(jié)語
本文中的十進制數(shù)與浮點數(shù)之間相互轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計，在智能化儀表的鍵盤置數(shù)及數(shù)據(jù)顯示中，具有實用價值。這里提出了一種設(shè)計思路，沒有復(fù)雜的算法，程序設(shè)計亦較簡單，工作量較少，可利用Microchip公司提供的現(xiàn)成子程序?qū)崿F(xiàn)十進制整數(shù)與二進制整數(shù)的相互轉(zhuǎn)換，十進制小數(shù)與二進制小數(shù)的相互轉(zhuǎn)換。