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        AVR單片機C語言程序設計中的位操作

        作者: 時間:2016-11-20 來源:網絡 收藏
        在標準C語言的的教材中,對于位運算的操作是基本不涉及的,但是在單片機系統的程序中,需要經常操作各類以字節為單位的寄存器,而這些寄存器通常都是以二進制中的位為控制單位的數據組合。往往一個8位寄存器中的每一位都有各自的控制對象,例如端口B的方向寄存器DDRB,如下圖所示


        它實際上控制著PB口的8個端口PB0-PB7的方向,也就是說它的每一位都控制一個端口的方向,如果我們要把端口PB0-PB3設置為輸出口,而把PB4-PB7設置為輸入口,在不用位運算符的情況下,我們可以直接使用賦值語句DDRB=0x0f來實現,這樣是完全可以實現的。
        但是如果出現下面的情況:在程序中PB口的8位端口的狀態本來是1、3、5、7為輸入。0、2、4、6為輸出(即DDRB=0x55),接下來要將PB口的第1位設置為輸出,其它端口的狀態不變,然后又要將第2位設置為輸入,其它端口的狀態不變。該怎么實現?也許我們仍然可以使用賦值語句來實現,比如DDRB=0x55;接下來設置DDRB=0x57;然后再設置DDRB=0x53;首先要肯定的是,這種做法是絕對正確的。但是我們可能有沒有注意到,在改變其中一位的值的時候,我們同時還要考慮其它7位的狀態,并且要小心翼翼的避免不小心改變了其它位的值。
        那么有沒有一種方法,可以簡單的實現修改某一位的狀態,同時不會改變其它位的狀態呢?
        這就牽出了單片機C語言程序設計中的位運算的概念。
        我們來看這個語句:DDRE |= (1 << PE5); 這個語句實現的功能是將PE口的第5位設置為輸出口,其余口的狀態不變。它是怎么實現的?首先我們來看1 << PE5這個表達式,我們前面已經介紹了,AVR各寄存器的宏定義是在頭文件io.h中定義好的,我們可以直接調用,現在

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201611/318725.htm

        我們就來看看在io.h中PE5是如何定義的(在WINAVR的安裝目錄下查找iom64.h),我們可以看到PE口的8位分別定義如下:
        /* Port E Data Register - PORTE */
        #define PE7 7
        #define PE6 6
        #define PE5 5
        #define PE4 4
        #define PE3 3
        #define PE2 2
        #define PE1 1
        #define PE0 0
        可以看出,實際上PE5=5;那么1 << PE5,就很容易理解了,它的作用是把1左移5位,最后的結果按照二進制表示就是0b00100000,而DDRE|= (1 << PE5);實際上是DDRE= DDRE | (1 << PE5);首先“|”表示的是“或”操作,DDRE是端口E的方向寄存器,在iom64.h中定義為:

        #define DDRE _SFR_IO8(0x02);它實際上是定義了一個標識符,這個標識符對應數據存儲區RAM中的某個地址,這個我們暫且不去深究。我們還是回過頭來看DDRE= DDRE | (1 << PE5);這句話實現的功能,這句話實際上是將寄存器DDRE中的內容(數據)跟二進制數0b00100000進行或操作,我們知道兩個數的或操作的結果是:只要有一個是1,結果就是1.那么假如DDRE中本來的值是0b10001010(0x8a),它和0b00100000進行“或”操作以后的結果變成了0b10101010(0xaa)。我們可以看出,相或以后DDRE中的第5位以外的各位的值都沒有改變,而第5位變成了1,我們的目的就是要將第5位設為輸出口(即將第5位設置為1)。
        現在我們來看一下從語言中有幾種位運算符:
        移位運算符:左移<<,右移>>
        與運算符:&
        或運算符:|
        取反運算符:~
        異或運算符:^
        就這些了,總共只有6種位運算符。現在我們來看一下這些運算符都起什么作用;
        左移運算符:表達形式為x< 例如,x是一個unsigned char類型的數據(即x是一個單字節數據,共有8位),設x的初值為0x00000001,執行x<n=0時,x<n=1時,x<n=2時,x<...
        n=7時,x<n=8時,x< 從結果來看,當n在1-7之間取值時,運算的結果總是1依次向左移動一位,但是當n>=8以后,x的值就一直是0了,這是因為x是一個只有8位的整形變量,它的最大二進制長度是8位,當n超過8以后,移位操作的結果已經超出8位的范圍了,產生了溢出現象。
        右移的原理跟左移相似,只是它的運算結果跟左移剛好相反。
        在單片機C語言編程中,經常使用移位操作來實現將數據乘以(左移)或除以(右移)2的n次方的乘除運算,利用移位操作實現乘除運算可以顯著提高單片機的運算速度和效率。其詳細原理我們可以翻閱相關的C語言書籍來進行更深了解。
        “取反”、“與”、“或”、“非”運算經常用于對寄存器的某一位進行操作,
        例如,使端口B的第二位輸出高電平,同時不改變其余端口的狀態,我們可以采用如下方法:
        PORTB |= (1<實際上,想將一個8位寄存器的某一位設置為1,可以采用這樣的語句:寄存器名(如PORTB) |= (1 << X),式中X表示第X位。
        相反的,如果想將一個8位寄存器的某一位設置為0,可以采用這樣的語句:寄存器名(如PORTB) &= ~(1 << X),式中X表示第X位。

        寫著的時候,總感覺心里清楚,但是表達不出來,本來是想結合單片機來講解如何用C語言來開發單片機程序的,但總是沒有辦法將兩者的結合很直觀的表達出來。有些困惑!
        這或許就是現在市面上相當多的講解單片機C語言開發的書為什么總是將C語言的講解和具體的程序設計分開來講的原因吧。大家都沒有更好的辦法在講解具體的單片機開發的同時把C語言的知識逐步融合到實例中



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