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HT7036数据读取（补码原码转换）

前言
一、原码？补码？
二、案发现场
二、此地无坑，还是跳了下去
三、补码转原码
四、最初的起点
总结

前言

虽然在单片机的数据处理中补码使用的场合很少，但是在使用一些外部模块的时候，由于模块产生的数据是补码类型的，这就不可避免的让脑袋不大灵光的我又跳进了一个深坑，此篇文章，以示警醒。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、原码？补码？

至于源码，反码，补码的转换，论坛上有很多的讲解，我就不重复造轮子了（其实我也不太懂，能解决实际问题就行）。关于原码反码补码之间的转换，可以参考以下文章：
篇幅很短，但通俗易懂

其中这句话很精髓。

二、案发现场

还原案发现场：两天前，某佩奇由于实验需要，玩起了HT7036，这是一款三相电能计量芯片，相比于HLW8032功能强大了不少，在佩奇苦苦的哀求下，实验室大佬佐助将HT7036芯片的初始化源码和用户参考手册发给了我，怀着感激的心，立刻研究起了芯片。
芯片的具体功能还没有细究，毕竟，先把时序写出来，随便读取一个寄存器的值，能看到希望才有动力进行下一步嘛。需要注意的是，HT7036的初始化程序使用的模拟SPI，其中读写数据时涉及到延时，在使用STM32F103RCT6作为主控芯片时，只需要将例程中的所有延时函数改成delay_us(1);即可，起初想过用__nop()来替代延时函数，如下图：

理解为等待5个系统时钟周期，想通过这样的方法来提高模拟SPI的传输速度（毕竟例程中也是这样的嘛），测试如下：

其中r_UaRms,r_UbRms,r_UcRms对应的寄存器地址如下：

通过读取寄存器的值，将读取到的数据打印到串口助手，测试结果如下图：

看到这里时，我激动到飞起，能读到ID寄存器的默认值，就是图中的0x7022e0，倒是仔细往下看时，发现读出来的电压有效值全部为零？？是没有接三相电的原因？？于是就借助了实验室的仪器，给其中一路采集通道加上了交流电，但还全部都是0！！！，这就不像话了，明明读出来的ID是对的，说明模拟SPI的读写时序是没有问题的，怎么会读出来的全部都是0呢？？？没办法，只能用示波器一点一点的找问题（此处无图），最后发现还是时序的问题，当把延时函数改为如下时：

它就成了，结果如下图所示：

通过改变交流电压，数值也在有规律的变化，这下前期工作也算差不多完成了，更大的坑还在后面等着我。

二、此地无坑，还是跳了下去

也许是由于受到例程的影响，我也理所当然的直接读取了对应的寄存器，将寄存器中的值读取了出来，按照道理来说，输入的波形是一个正弦波，那么无论采集的速度快慢，采集到的数据应该也是正弦波才对，但是，我还是不得不佩服我的脑回路（或者说佩服我的眼睛），代码如下，其中r_SampleUC就是上图中对应的0x34

测试结果如下：

这是正弦波？？？有点像梯形波对不对？？也有点正弦波的味道？？行了行了，别再欺骗自己了，开始也想过，产生这种情况的原因也推测过，可能是读取数据的方式不对，事已至此，就换个方法测量数据吧，HT7036中有一个寄存器，其介绍如下：
在使用缓存数组之前，需要开启缓存命令，选择需要缓存数据的通道，

之后对数据进行缓。0xc1命令可以获得当前缓存了多少数据，代码如下图：

在这里选择了Uc的通道进行采集缓存，延时100毫秒才能采集完1024个数据（50毫秒能采集700个数据），缓存之后进行读取打印，结果如下：

这TM是什么妖魔鬼怪？？？方天画戟？？？由于数据转换的原因，16进制的数据转化为整形导致的？？那我们就再来看看原原本本的16进制数据：

红色斜线为分界线数据从最大以下跳到最小，和波形图打印出的结果基本一样，也看不出来什么结果，还是回去老老实实看波形吧。其实仔细观察波形，会发现一个很有趣的事情，把上面的波形放大，仔细观察：

有没有一点正弦波的后半个周期的波形样子？？？这完完全全就是啊！！再回到之前那个方天画戟的波形仔细观察，将顶端和底端连结起来，新大陆！！！采集出来的就是正弦波！！但是由于一些原因数据发生了跳变，并且跳变的幅度很大。那这么说，之前采集的实时值是不是也是这样的波形？？只不过速度太快了导致出来的是梯形波？？回去仔细观察下
（发现CSDN不能上传视频，只能插入GIF，但是又特别麻烦，就用图片展示）：
实际将y轴拉长就会出现一个半波，这说明，采集的数据是正确的，可以开始下一步，再跳进一个更大的坑…

三、补码转原码

产生上述结果的原因，其实在用户手册中已经提及到了，而且提及到很多次，但我就是知道有坑还是往下跳，先上用户手册：
结合着这句话就很清除的明白了，产生跳变的原因是什么了，由于单片机读回来的是补码数据，最高位位符号位，转换为源码需要除符号位取反再加1才能得到原码（此时的原码最高位是符号位，1为负，0为正），不懂得可以看开篇的链接或者查找相关的书籍。
话说，到这一步，应该能解决问题了吧，正数的补码转化为原码不用转，直接使用就可以。负数的补码在代码中实现就是全部取反然后加1，再在前面加个符号，就是负数的原码其实这样也没有错，也是按照定义来的，但是后面还又一个坑，细心的人到这里就能采集到正弦波了，奈何我粗心大意，还要再写一个小结来解决这个问题。
以下补码转原码的代码只适用于当前的寄存器，代码如下：

int Complement_2_Original(u32 Comp_data)
{int Orig_data;if(Comp_data & 0x40000){Orig_data = (~Comp_data) + 1;Orig_data = -Orig_data;}else{Orig_data = Comp_data;}return Orig_data;}

四、最初的起点

仔细检查上面的代码，根据补码转原码的定义来的（还有溢出的情况没考虑，暂时还没完善），正常使用应该是没有问题的，那就把它带到程序中进行测试：
代码如下：

结果如下：

纳尼？？？怎么还是这种情况？？？逻辑上来说，应该是很标准的正弦波啊！！！又出问题了啊，没办法，开始排查错误，既然传回来的数据没有问题，那问题可能就出在转换函数上面（因为这方天画戟波也没怎么变化啊）。那我们就单独的验证这个函数，打开祖传的VC++6.0，将转换函数复制过去。

数据被原封不动的打印出来了。也就是说，在第18个bit位为1的时候，没有进入到if()语句，而是进入了else()语句，这问题就大了，祖传的VC++6.0出问题了？？按位运算都不会了？？如果这样想，这个问题就解决不了了。我们再进行下一步的测试，在语句块中加上打印语句，来判断是进入了哪个语句块：

是不是更加奇怪了，明明进入了if()语句，但是结果没变？？那肯定是在转换的时候出问题了。先来手推一遍正确的结果：

 1111 1111 0101 0100 1011 1000   //0xff54b8对应的二进制码由于数据是18位的，即0~17bit,第19位为符号位，即18bit，高于18bit的位可以忽略将上述补码除符号位其他位都按位取反，结果如下0000 0100 1010 1011 0100 0111，高五位可以忽略，置1清0无所谓(0000 0100 1010 1011 0100 0111)+1,取反后加10000 0100 1010 1011 0100 1000，这个就是原码，为负数

将上述二进制的原码转换为十进制，为 -43848，这和打印出来的0xff54b8对应的十进制 16733368 差了不知多少倍，知道了正确结果，开始在负数的补码转换原码语句块中一步一步调试。首先将取反后加1的结果以2进制打印出来。

怎么还是这么大的数字？？先别着急，将上面的0xff00ab48转换为二进制

1111 1111 0000 0000 1010 1011 0100 1000  (0xff00ab48)0000 0100 1010 1011 0100 1000  （0xff54b8除符号位取反+1，右对齐）

有没有发现有一点相似，不只是相似，是相同，也就是说，对补码取反后加1的结果是正确的，现在的问题就是，高8bit的1是怎么来的，通过函数的形参类型可以知道，函数传进来的是 unsigned int类型的，占用4个字节，虽然int类型得1也占用4个字节，但是，int类型有正负号，还是以0xff54b8为例：

当把形参传进去得时候，0xff54b8为
0000 0000 1111 1111 0101 0100 1011 1000
这是一个无符的int类型，占4个字节（32位），当进行取反操作(注意符号位)的时候，转换结果如下
1111 1111 0000 0100 1010 1011 0100 0111
然后加1
1111 1111 0000 0100 1010 1011 0100 1000
和上面的值特别大结果一模一样是不是

这样我们就知道高8bit的1是怎么来的了，下一步操作，就是取我们想要得数据了呀，直接与上0x3ffff,结果如下：

是我们想要的结果，由于在代码中直接对补码全部取反了（包括符号位），所以在取出我们想要的数据之后，再在前面添加一个符号，就完成了。再来看以下结果：

和之前手推的结果一模一样。现在把这个函数代入到程序中去，打印出波形：

大功告成，从来没发现正弦波如此的好看！

总结

改掉进去不该掉进去的坑算是一个都逃不过。

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