單片機上的開方程序
作者: 佚名   發(fā)布日期:2005-12-16 18:17   查看數(shù):114   出自:互聯(lián)網(wǎng)
因為工作的需要，要在單片機上實現(xiàn)開根號的操作。目前開平方的方法大部分是用牛頓迭代法。我在查了一些資料以后找到了一個比牛頓迭代法更加快速的方法。不敢獨享，介紹給大家，希望會有些幫助。 

  1.原理 
因為排版的原因，用pow(X,Y)表示X的Y次冪，用B[0]，B[1]，...，B[m-1]表示一個序列， 
其中[x]為下標。 

假設(shè)： 
B[x],b[x]都是二進制序列,取值0或1。 
M = B[m-1]*pow(2,m-1) + B[m-2]*pow(2,m-2) + ... + B[1]*pow(2,1) + B[0]*pow(2,0) 
N = b[n-1]*pow(2,n-1) + b[n-2]*pow(2,n-2) + ... + b[1]*pow(2,1) + n[0]*pow(2,0) 
pow(N,2) = M 

(1)   N的最高位b[n-1]可以根據(jù)M的最高位B[m-1]直接求得。 
設(shè) m 已知,因為 pow(2, m-1) <= M <= pow(2, m)，所以 pow(2, (m-1)/2) <= N <=pow(2, m/2) 
如果
    m 是奇數(shù)，設(shè)m=2*k+1, 
那么
    pow(2,k) <= N < pow(2, 1/2+k) < pow(2, k+1), 
    n-1=k, n=k+1=(m+1)/2 
如果
    m 是偶數(shù)，設(shè)m=2k, 
那么
    pow(2,k) > N >= pow(2, k-1/2) > pow(2, k-1), 
    n-1=k-1,n=k=m/2 
所以   b[n-1]完全由B[m-1]決定。 
余數(shù)   M[1] = M - b[n-1]*pow(2, 2*n-2) 

(2)   N的次高位b[n-2]可以采用試探法來確定。 
    因為b[n-1]=1，假設(shè)b[n-2]=1，則 
pow(b[n-1]*pow(2,n-1) + b[n-1]*pow(2,n-2),
  2) = b[n-1]*pow(2,2*n-2) + (b[n-1]*pow(2,2*n-2) + b[n-2]*pow(2,2*n-4)), 
然后比較余數(shù)M[1]是否大于等于 (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4)。這種 
比較只須根據(jù)B[m-1]、B[m-2]、...、B[2*n-4]便可做出判斷，其余低位不做比較。 
若 M[1] >= (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4), 則假設(shè)有效，b[n-2] = 
1； 
余數(shù) M[2] = M[1] - pow(pow(2,n-1)*b[n-1] + pow(2,n-2)*b[n-2], 2) = M[1] - 
(pow(2,2)+1)*pow(2,2*n-4)； 
若 M[1] < (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4), 則假設(shè)無效，b[n-2] = 
0；余數(shù) M[2] = M[1]。 

(3) 同理，可以從高位到低位逐位求出M的平方根N的各位。 

使用這種算法計算32位數(shù)的平方根時最多只須比較16次，而且每次比較時不必把M的各位逐 
一比較，尤其是開始時比較的位數(shù)很少，所以消耗的時間遠低于牛頓迭代法。 

2. 流程圖 
(制作中，稍候再上) 

3. 實現(xiàn)代碼 
這里給出實現(xiàn)32位無符號整數(shù)開方得到16位無符號整數(shù)的C語言代碼。 


------------------------------------------------------------------------------- - /****************************************/ /*Function: 開根號處理 */ /*入口參數(shù)：被開方數(shù)，長整型 */ /*出口參數(shù)：開方結(jié)果，整型 */ /****************************************/ unsigned int sqrt_16(unsigned long M) { unsigned int N, i; unsigned long tmp, ttp; // 結(jié)果、循環(huán)計數(shù) if (M == 0) // 被開方數(shù)，開方結(jié)果也為0 return 0; N = 0; tmp = (M >> 30); // 獲取最高位：B[m-1] M <<= 2; if (tmp > 1) // 最高位為1 { N ++; // 結(jié)果當前位為1，否則為默認的0 tmp -= N; } for (i=15; i>0; i--) // 求剩余的15位 { N <<= 1; // 左移一位 tmp <<= 2; tmp += (M >> 30); // 假設(shè) ttp = N; ttp = (ttp<<1)+1; M <<= 2; if (tmp >= ttp) // 假設(shè)成立 { tmp -= ttp; N ++; } } return N; }