Установка битов регистров
Язык Си не имеет в своём составе команд непосредственного сброса или установки разрядов переменной, однако присутствуют побитовые логические операции "И" и "ИЛИ", которые успешно используются для этих целей.
Оператор побитовой логической операции "ИЛИ" записывается в виде вертикальной черты - "|" и может выполнятся между двумя переменными, а так же между переменной и константой. Напомню, что операция "ИЛИ" над двумя битами даёт в результате единичный бит, если хотя бы один из исходных битов находится с состоянии единицы. Таким образом для любого бита логическое "ИЛИ" с "1" даст в результате "1", независимо от состояния этого бита, а "ИЛИ" с логическим "0" оставит в результате состояние исходного бита без изменения. Это свойство позволяет использовать операцию "ИЛИ" для установки N-ого разряда в регистре. Для этого необходимо вычислить константу с единичным N-ным битом по формуле 2^N, которая называется битовой маской и выполнить логическое "ИЛИ" между ней и регистром, например для установки бита №7 в регистре SREG:
(SREG | 128) — это выражение считывает регистр SREG и устанавливает в считанном значении седьмой бит, далее достаточно изменённое значение снова поместить в регистр SREG:
SREG = SREG | 128; // Установить бит №7 регистра SREG
Такую работу с регистром принято называть "чтение - модификация - запись", в отличие от простого присваивания она сохраняет состояние остальных битов без именения.
Приведённый программный код, устанавливая седьмой бит в регистре SREG, выполняет вполне осмысленную работу - разрешает микроконтроллеру обработку программных прерываний. Единственный недостаток такой записи — в константе 128 не легко угадать установленный седьмой бит, поэтому чаще маску для N-ного бита записывают в следующем виде: (1<<N) - это выражение на языке Си означает, число один, сдвинутое на N разрядов влево, это и есть маска с установленным N-ным битом. Тогда предыдущий код в более читабельном виде:
SREG = SREG | (1<<7)
или ещё проще с использование краткой формы записи языка Си:
SREG |= (1<<7);
которая означает - взять содержимое справа от знака равенства, выполнить между ним и регистром слева операцию, стоящую перед знаком равенства и записать результат в регистр или переменную слева.
Сброс битов в регистрах
Ещё одна логическая операция языка Си – побитовое "И", записывается в виде символа "&". Как известно, операция логического "И", применительно к двум битам даёт единицу тогда и только тогда, когда оба исходных бита имеют единичное значение, это позволяет применять её для сброса разрядов в регистрах. При этом используется битовая маска, в которой все разряды единичные, кроме нулевого на позиции сбрасываемого. Её легко получить из маски с установленным N-ным битом, применив к ней операцию побитного инвертирования: ~(1<<N) в этом выражении символ "~" означает смену логического состояния всех битов маски на противоположные. Так, например, если (1<<3) в двоичном представлении – 00001000b, то ~(1<<3) уже 11110111b. Сброс седьмого бита в регистре SREG будет выглядеть так:
SREG = SREG & (~ (1<<7)); или кратко: SREG &= ~ (1<<7);
В упомянутом ранее заголовочном файле для конкретного микроконтроллера приведены стандартные имена разрядов регистров специального назначения, например:
#define OCIE0 1
здесь #define – указание компилятору заменять в тексте программы сочетание символов "OCIE0" на число 1, то есть стандартное имя бита OCIE0, который входит в состав регистра TIMSK микроконтроллера Atmega64 на его порядковый номер в этом регистре. Благодаря этому установку бита OCIE0 в регистре TIMSK можно нагляднее записывать так:
TIMSK|=(1<<OCIE0);
Пример управления выводом NSS (CS) для режима мастер SPI шины
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE; //Enable the SPI1 by setting the SPE bit to 1
HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, SPI1_Tx, SPI1_Rx,6,10);
SPI1->CR1 &= ~SPI_CR1_SPE; //Disable the SPI1 by setting the SPE bit to 0
Устанавливать или сбрасывать несколько разрядов регистра одновременно можно, объединяя битовые маски в выражениях оператором логического "ИЛИ":
PORTA |= (1<<1)|(1<<4); // Установить выводы 1 и 4 порта A в единицу;
PORTA&=~((1<<2)|(1<<3)); // Выводы 2 и 3 порта A сбросить в ноль
Проверка разрядов регистра на ноль и единицу.
Регистры специального назначения микроконтроллеров содержат в своём составе множество битов-признаков, так называемых "флагов”, уведомляющих программу о текущем состоянии микроконтроллера и его отдельных модулей. Проверка логического уровня флага сводится к подбору выражения, которое становится истинным или ложным в зависимости от того установлен или сброшен данный разряд в регистре. Таким выражением может служить логическое "И” между регистром и маской с установленным разрядом N на позиции проверяемого бита :
(REGISTR & (1<<N))
в этом выражении операция "И” во всех разрядах кроме N-ного даст нулевые значения, а проверяемый разряд оставит без изменения. Таким образом возможное значения выражения будут или 0 или 2^N, например для второго бита регистра SREG:
если bit2=1 если bit2=0
SREG 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0
(1<<2) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
SREG&(1<<2) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Приведённое выражение можно использовать в условном операторе if (выражение) или операторе цикла while (выражение), которые относятся к группе логических, то есть воспринимают в качестве аргументов значения типа истина и ложь. Поскольку язык Си, приводя числовые значения к логическим, любые числа не равные нулю воспринимает как логическую истину, значение (REGISTR & (1<<N)) равное 2^N в случае установленного бита, будет воспринято как "истина".
Если появляется необходимость при установленном бите N получить для нашего выражения логическое значение «ложь», достаточно дополнить его оператором логической инверсии в виде восклицательного знака - !(REGISTR & (1<<N)). Не следует путать его с похожим оператором побитовой инверсии (~) меняющим состояние битов разряда на противоположное. Логическая инверсия работает не с числовыми значениями, а с логическими, то есть преобразует истинное в ложное и наоборот. Такая конструкция приводится в DataSheet на Atmega как пример для ожидания установки бита UDRE в регистре UCSRA, после которого можно отправлять данные в UART:
while ( !( UCSRA & (1<<UDRE)) ) { } // Ждать установки UDRE
Здесь при сброшенном бите UDRE выражение ( UCSRA & (1<<UDRE)) даст значение ”ложь”, инвертированное !( UCSRA & (1<<UDRE)) — ”истину”, и пока это так, программа будет выполнять действия внутри фигурных скобок, то есть не делать ничего (стоять на месте). Как только бит UDRE установится в единицу, программа перейдёт к выполнению действий следующих за конструкцией while(), например займётся отправкой данных в UART.
Изменение состояния бита регистра на противоположное.
Эту, с позволения сказать, проблему с успехом решает логическая операция побитного "ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ” и соответствующий ей оператор Си, записываемый в виде символа " ^ ”. Правило "исключающего или" с двумя битами даёт "истину” тогда и только тогда, когда один из битов установлен, а другой сброшен. Не трудно убедиться, что этот оператор, применённый между битовой маской и регистром, скопирует в результат биты стоящие напротив нулевых битов маски без изменения и инвертирует расположенные напротив единичных. Например, если: reg=b0001 0110 и mask=b0000 1111, то reg^mask=b0001 1001. Таким способом можно менять состояние светодиода, подключенного к пятому биту порта A:
#define LED 5 // Заменять в программе сочетание символов LED на число 5 (вывод светодиода).
…
PORTA ^=(1<< LED); // Погасить светодиод, если он светится и наоборот.
