單片機(jī)C環(huán)境下位操作的實(shí)現(xiàn)方法
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c語(yǔ)言既有高級(jí)語(yǔ)言的各種特點(diǎn)，又可對(duì)硬件進(jìn)行操作，并對(duì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，用c語(yǔ)言編寫(xiě)的程序較容易移植，它們可生成簡(jiǎn)潔可靠的目標(biāo)代碼，在代碼效率和代碼執(zhí)行速度上完全可以和匯編媲美。采用c語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)編程是嵌入式程序設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。但是，在嵌入式控制等領(lǐng)域，經(jīng)常需要控制某一個(gè)二進(jìn)制位，然而除了keil c51等c環(huán)境外，很多單片機(jī)c環(huán)境都沒(méi)有擴(kuò)充對(duì)位變量定義的關(guān)鍵字，甚至單片機(jī)本身的硬件上也沒(méi)有對(duì)單個(gè)位操作的匯編指令，這使得已習(xí)慣mcs－51內(nèi)核單片機(jī)keil c51編程的用戶(hù)都為其c環(huán)境不能對(duì)位變量進(jìn)行位操作而煩惱。
1 用“讀－修改－寫(xiě)”方法實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)位的位操作
本文引用地址：http://www.104case.com/article/21218.htmansic中，一般采用“讀－修改－寫(xiě)”的方法實(shí)現(xiàn)單個(gè)位的位操作，通過(guò)與0“與”操作，將某一位清0。如使i變量的b0位為0，實(shí)現(xiàn)方法為i＝i＆0xfe。通過(guò)與1“或”操作，將某一位置1。如使i變量的b0位為1，實(shí)現(xiàn)方法為i＝i|0x01。通過(guò)與1“異或”操作，將某一位取反。如使i變量的b0位取反，實(shí)現(xiàn)方法為i＝i^0x01。
注意：錯(cuò)誤“讀－修改－寫(xiě)”方法時(shí)不要影響其他位，即某位清零時(shí)，其他位與1“與”；某位置1時(shí)，其他位與0“或”；取反時(shí)，其他位與0“異或”。
為了方便程序設(shè)計(jì)和增加程序可讀性，很多程序員喜歡采用下面的移位方式實(shí)現(xiàn)單個(gè)位的位操作，語(yǔ)句簡(jiǎn)練，可讀性強(qiáng)，比如在某單片機(jī)的b口連接1個(gè)發(fā)光二極管，其點(diǎn)亮操作方法如下：
＃define bit（x） （1＜＜（x））
＃define led 2
使用方法如下：
portb|＝bit（led）；//將portb第3位置1,點(diǎn)
//亮連接在i/o口的led
該方式下，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)增加移位操作，生成的代碼較大，而且執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差，一些c環(huán)境按如下方式直接定義位，則生成的代碼就不會(huì)有移位操作：
2 通過(guò)位域的方法實(shí)現(xiàn)位操作
標(biāo)準(zhǔn)c提供了一種基于結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)－－位域（bitfield），位域就是把一個(gè)存儲(chǔ)單元中的二進(jìn)制劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域。并說(shuō)明每個(gè)區(qū)域的位數(shù)。每一個(gè)域有一個(gè)域名，允許在程序中按域名進(jìn)行操作，位域的定義格式如下：
struct 位域結(jié)構(gòu)名{
位域列表 }；
位域列表格式為：類(lèi)型說(shuō)明符 位域名：位域長(zhǎng)度如：
struct k{
unsigned
int a：1
unsigned int ：2
unsigned int b：3
unsigned int ：0 //空域
}k1；
說(shuō)明：
1）各位依次從低位到高位排列，排滿(mǎn)一個(gè)存儲(chǔ)單元，按地址接著排下一單元；
2）位域可以無(wú)域名，但不能被引用，如第二域，這時(shí)其只用來(lái)填充或調(diào)整位置；
3）第四行稱(chēng)空域，目的是將目前存儲(chǔ)單元的剩余部分分為一個(gè)域，且填充0。
位域的引用很簡(jiǎn)單，如：
k1.a＝1； //置k1的b0位為1
k1.b＝7； //將k1的b3－5位置111
通過(guò)位域定義位變量，是實(shí)現(xiàn)單個(gè)位位操作的重要途徑和方法，采用位域定義位變量，產(chǎn)生的代碼緊湊、高效。定義的方法如下：
通過(guò)位域定義位，再通過(guò)宏進(jìn)行定義，可以方便地將keil c51等程序移植到其他c編譯器，從而不再為沒(méi)有位操作而苦惱。
對(duì)一個(gè)單片機(jī)的所有i/o口，通過(guò)將位域結(jié)構(gòu)指定到i/o端口地址，i/o口便都可以采用位域進(jìn)行宏定義，這樣，操作i/o口就可以像keil c51編程一樣方便。
3 基于位域?qū)崿F(xiàn)位操作應(yīng)用舉例
很多單片機(jī)沒(méi)有硬件的spi，而很多板級(jí)外圍器件為spi接口，而且某些外圍器件不是標(biāo)準(zhǔn)的spi，即通信的總二進(jìn)制位數(shù)不是8的整數(shù)倍，這里編制一個(gè)例程，為同時(shí)收和發(fā)0－16位，全雙工方式，具體使用見(jiàn)例程注解。注意：很多單片機(jī)使用前要對(duì)使用的i/o口進(jìn)行初始化，clk和din為輸出口，dout為輸入口，同時(shí)這里使用了前面通過(guò)讀－修改－寫(xiě)宏定義的一個(gè)函數(shù)get_bit（x，y）。
該spi模塊已經(jīng)成功應(yīng)用到單片機(jī)與max7219和ch451等spi通信上。
對(duì)于沒(méi)有擴(kuò)展位變量的c語(yǔ)言環(huán)境，在匯編下沒(méi)有對(duì)單個(gè)位進(jìn)行位操作執(zhí)行的mcu，通過(guò)位域的方法操作i/o口是最佳的方法，匯編下有單個(gè)位的位操作指令mcu。可以嵌入?yún)R編，但是程序的可移植性等性能會(huì)下降，建議使用位域的方法。
評(píng)論