巧用补码

假设一个 ADC 转换芯片的转化数据为补码形式，24 位精度。最大电压值为 0x07 fffff，最小电压值为 0x80 0000，转化为十进制如下表：

十六进制    十进制
0x7fffff    8388607
0x800000    -8388608
先思考简单的，了解一下什么是补码：

二进制    十六进制    十进制
0111 1111    0x7f    127
0000 0000    0x00    0
1111 1111    0xff    -1
1000 0001    0x81    -127
1000 0000    0x80    -128
看 +127 的二进制 0111 1111b，再加 1 为 1000 0000b，马上变成负数最小值 -128。如果把 1000 0000b 看成无符号常数，那么这个数就是+128。再这个数的基础上加 1，就是1000 0001b，看成无符号常数就是 129，但是看成有符号常数就是 -127，因为最高位为 1 ，那么必然是负数，不可能是 129。通过分析这些数据，自己也能发现规律。

那么如何将补码转化为我们需要的数据呢？网上很多方法对负数求原码是采用补码取反 + 1 的形式进行转化，但是真的需要这么麻烦吗？

先来验证一般方法的准确性：

1000 0001b 取反为 0111 1110b 再加 1 就是 0111 1111b 十进制为 +127，转换正确。因为已经判断过是负数（负数才需要转化，正数的补码就是原码）然后通过打印函数printf打印出来。

来看看作这些处理需要多少步：

1、首先判断正负数
2、如果是正数，不转化，如果是负数，取反 + 1。
3、当你显示出来的时候就需要在显示前加负号才对。这样才能显示正确。

但是你有没有发现，干嘛要这么麻烦，既然计算机存储是用补码形式，你接收的数据也是补码形式，直接用不就行啦。把它当成有符号的数据直接使用就行了，不管做什么语句处理也是应该是没问题的：

    if(AD_Value > -125)
    {
    
    }
    else if(AD_Value > 125)
    {
    
    }

当你接收的AD转化数据直接放到有符号的 AD_Value 变量里面，难道这些判断就会有问题，难道就必须要转化才能进行其他处理？这不是多此一举嘛？直接把它看成有符号变量使用就行了。

你可能会问，机器里面是知道这是补码，我想打印显示出来的时候总的进行转化吧？好像挺有道理。那你直接用printf函数打印不行嘛，这个函数又不是说只能输出正数，负数也是能显示出来的，而且还可以格式化输出，比你自己写的函数好用多了吧！但是有些有项目经验的又会问：我有多个输出位置需要进行输出，比如我要在LCD上显示温度，我还要在串口上打出AD值，而printf函数只能重定向一个位置，这样不是还得自己写一个打印函数吗？真的是这样吗？我们分析以下问题:

1、什么时候往什么地方进行输出我们知道吧？
2、打印的时候可以不同时打印是吧？
3、在一个位置需要打印的时候可以稍微等一等是吧?

如果这些问题的答案是肯定的，那么就有办法。在需要往串口打印的时候，重定向到串口；当需要打印到LCD的时候，可以重定向到LCD，怎么做，一个函数指针就能搞定的事。

设置一个函数指针，当需要打印到LCD的时候，将该指针指向LCD字符输出函数，当需要打印到串口的时候，指针指向串口字符输出函数，那么就能正确打印到相应的位置。

需要重定向的函数如下：

int fputc(int ch, FILE *f)
{  
    PutChar(ch); // 打印字符的函数指针
    return ch;
}

那么为什么要满足上面的条件呢？只有知道什么时候往什么地方输出才能修改函数指针。而后两个条件就是 printf 函数本身的限制了，它是一个不可重入函数，在往串口打印的时候你就别打断它，让它又往 LCD 打印，因为这样会破坏函数，导致打印出来的东西不伦不类。因此打印的时候只能往一个位置进行打印，在打印完之后才能再切换到下一个打印位置，这势必引出第三个问题的思考。这里可以采用锁的方式进行处理，正在打印的时候就上锁，不打印的时候就释放锁，让别人使用。

题外话说的好像比较多，继续说补码。

既然你都说不用进行转化了，那么就没什么好说的了，但是我所说的不用转化是在数据刚好是 8bit，16bit，32bit，64bit 的情况下，这样机器就可以直接使用，但是如果AD转化的数据是 10bit，12bit，20bit，24bit，又该怎么办，是不是又得走上老路，按部就班的进行转化呢？如果真是这样，我就不会专门写一篇了，前面写了那么多，就是为了引出这个啦！

十六进制    十进制
0x7f ffff    8388607
0x7f fffe    8388606
0xff ffff    -1
0x80 0001    -8388607
0x80 0000    -8388608
上面的是 24 位的情况，好像和 8bit，16bit 这些数据的补码类似，都是全为 1 的时候为 -1，在最大数加 1 的时候变成最小值。

怎么处理呢？一条语句就OK！

int  AD_Value;  //这条不能算哈，但很关键
AD_Value= ((AD_Value<< 8) >> 8);

看到这一条语句是不是觉得这个人有病啊，左移完8位又右移8位，这不是闲着没事干吗？在思考出来之前，我也上网找过方法，因为我感觉应该存在一种简单的方法进行转化的，所以想上网看看能不能找到，如果能找到最好，实际上我没找到，网上可能也是有这个方法的，只是可能是我运气不好，没找到罢了。就算作是我的原创好啦！手动纯洁微笑脸。另外使用 printf 函数进行多方打印（重点是往 LCD 打印）也是我自己突发奇想的（事实上早就有人这么干过了），再加一个手动微笑脸。

好了，不扯了，再扯就晚了！

说重点，为什么这样处理就能达到我们想要的效果呢？原来位移操作有一个特性，利用这个特性就能将24位的补码转化正32位的补码形式，不对啊，怎么还是补码，不是说好了转化成原码啊，如果你还在纠结这个，你还没理解我前面所写的东西，再去前面看看吧，少年！真不扯了，继续这个特性：这个特性就是当有符号变量进行位移操作的时候，如果高位为 1，进行右移时，高位补 1；如果高位为零，右移时高位补 0，这就是和无符号变量处理的不同！亲测哦亲！也就是说在进行右移的时候它已经进行了符号位的判断了，首先通过左移8位，让最高位为1或0，然后再右移8位，根据右移的特性就完成了将24位有符号补码值转化为32位有符号变量，并且这种转化是不会影响数据的大小的。其它位数的转化同理。另外当前测试条件为 KEIL ARM 环境，其他环境不敢保证这条语句的正确性哦。

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