电脑(PC)通过串口向单片机发送浮点数(float、double)的方法

只看该作者 · 2013-6-4 15:58

电脑(PC)通过串口向单片机发送浮点数(float、double)的方法

version1.0

maswellxiao

在实际应用中我们可能会遇到这样一个问题，PC机要向单片机发送一个浮点数，float类型、double类型也好。maswell我曾经做过AD转换并发送数据到MATLAB中做FFT、滤波器等数字信号处理。处理完毕以后maswell我遇到一个非常棘手的问题……MATLAB数据处理完毕以后得到的数据类型是小数类型，就算忽略后几位精度，最起码也是一个float数据类型的数，怎么把这个数发送到单片机呢？

经过几天的折腾。maswell我一不小心就实现PC通过串口向单片机发送浮点小数。下面把这种方法分享给大家。

首先我们需要一个预备知识。也就是float数据类型在单片机中的存储方式。

float数据类型总共占据32个位bit，其中第一个位为数据符号(Symbol，在下面简称为S)该位表示数据的正负性。接下来8个位是阶码(Expoent，下面简称为E)，这8个位表示浮点数的小数点的位置。最后有23位的尾数(mantissa，M)，这23个位表示数据。下面做个示意图

1位S

8个位E

23个位M

例如：十进制的数据N

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png

将之换成二进制表示

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.png

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png

因此file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.png

并由公式file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.png得file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.png

组合起来就是

S	E	M
0	file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.png	file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.png

4bit一格隔开

0100	0010	1111	0110	1110	1001	0111	1001
4	2	F	6	E	9	7	9

因此十进制浮点小数N = 123.456在单片机里存储的数据为0x42F6E979

只看该作者 · 2013-6-4 15:59

至此，我们的思路有了一点了。PC机向单片机发送十六进制代码0x42F6E979就意味着向单片机发送浮点小数123.456了。
下面是MATLAB向单片机发送数据的一段代码
function pushbutton7_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton7 (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global s;
global TxDataToMSP430;
TxDataHex = num2hex(single(TxDataToMSP430));
fwrite(s,'dcba','uchar');%协议密码
t1 =clock;
while 1
if fread(s,1) == hex2dec('af');
      break;
end
if etime(clock , t1) > 1%1秒钟内未收到数据则放弃
      break ;
end
end
TxDataHexTemp(1) = TxDataHex(1);
TxDataHexTemp(2) = TxDataHex(2);
fwrite(s,base2dec(TxDataHexTemp,16),'uchar');%协议数据
      我当初做的是一个GUI界面，函数名是MATLAB自动生成的，我的下位机用的是MSP430G2553单片机。编译环境CCS5.2
volatile float DisplayData1,DisplayData2,DisplayData3,DisplayData4;
volatile long DisplayData;//接收到的数据转换前数据
unsigned char TXVolFlag = 0;
static char FrameHeaderFlag = 1;//识别帧头标志位
static char StopTxFlag = 0;//上位机发送停止发送标志
unsigned char ReadDataClassFlag = 0x00;//读数据包格式
      以上为全局变量。注意DisplayData为long数据类型
#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void USCI0RX_ISR(void)
{
static char k = 0;
if(FrameHeaderFlag)
{
      ReadDataClassFlag = IdentifyHeader();
      if(ReadDataClassFlag != 0x00)//识别帧头
         FrameHeaderFlag = 0;
}
else//上一次读到的temp不是0，说明握手成功
{
      switch(ReadDataClassFlag)
      {
      case 0xaf:
      case 0xbe:
      case 0xcc:
      case 0xdb:
         switch(k)
         {
         case 0:
            DisplayData = UCA0RXBUF;
            DisplayData <<= 8;
            k = 1;
            break;
         case 1:
            DisplayData += UCA0RXBUF;
            DisplayData <<= 8;
            k = 2;
            break;
         case 2:
            DisplayData += UCA0RXBUF;
            DisplayData <<= 8;
            k = 3;
            break;
         case 3:
            DisplayData += UCA0RXBUF;
            k = 0;
            switch(ReadDataClassFlag)
            {
            ///////////////////////////////////接收数据，以下是接收数据的控制字
            case 0xaf:DisplayData1 = *((float *)&DisplayData);break;
            case 0xbe:DisplayData2 = *((float *)&DisplayData);break;
            case 0xcc:DisplayData3 = *((float *)&DisplayData);break;
            case 0xdb:DisplayData4 = *((float *)&DisplayData);break;
            default:;
            }
            FrameHeaderFlag = 1;//帧数据接收完毕，32个bit数据为一帧
            break;
         default:;
         }
         break;
      case 0xfa://停止发送的密码
         IdentifyHeader();
         break;
      default:;
      }
}
}
我这个函数是MSP430G2553单片机的接受中断函数，单片机串口接收到数据后进入中断，首先判断是不是协议的帧头(我这里自行定义了一个协议)如果不是帧头，则是数据，进入数据的判断，由于PC机发送的是32位的数据，而UART只支持接收8位的数据，故此用了四个case语句判断。接收完32位的数据以后，问题又来了，我们用来存储接收来的数据是long类型(volatile long DisplayData;)的。而我们需要接收的数据是float数据类型的。故此还需要一个转换。其实这个转换很简单。一个语句就可以了。
DisplayData1 = *((float *)&DisplayData);
首先将DisplayData的地址强制转换为float数据类型的地址，然后再对地址取值就可以了。至此，就可以完整地将long数据类型转换为float数据类型。
      那么一整个过程就可以完整地实现，从PC机发送1、0代码到MSP430单片机接收为long数据类型，再由long数据类型强制转换为float数据类型。
      那么同样道理，我们可以用同样的方法将long long数据类型转换为double数据类型。

PS ：maswell我建了个全国大学生电子设计竞赛的交流群，群号171486219，1000人群，还没满，大家可以加进去一起交流哦。
这个文档我做成了PDF，PDF下载见附件哦~

maswell xiao
于桂林电子科技大学信息与通信学院
科技协会科技楼实验室
2013/3/30
maswell_xiao@foxmail.com
桂电二院科协出品
本文版权所有，转载不究

只看该作者 · 2015-10-3 15:16

lz你好  ，你的程序我有一个点不明白。我们每次接受一个float数据，只需把这个数据从long转换成float就行了，为什么这里要分四种情况
            case 0xafisplayData1 = *((float *)&DisplayData);break;
            case 0xbeisplayData2 = *((float *)&DisplayData);break;
            case 0xccisplayData3 = *((float *)&DisplayData);break;
            case 0xdbisplayData4 = *((float *)&DisplayData);break;
            希望楼主解释一下

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