c语言编程二进制位操作符Word格式.docx

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c语言编程二进制位操作符Word格式.docx

10000000

其中,&

运算符让a数0x88与B数0x81的1位与1位、2位与2位……7位与7位分别相“与”。

由于“与”运算的操作规则是

,两个操作数中各位只要有1个为0,其结果中对应的位就为0。

而a数与b数中只有最高位(第7位)均为1,因而该位结果为1

,其它各位结果都为0。

通常我们可把按位“与”操作&

作为关闭某位(即将该位置0)的手段,例如我们想要关闭a数中的第3位,而又不影响其它

位的现状,可以用一个数0xF7,即二进制数11110111去与a数作按位“与”运算:

0xF711110111屏蔽数

注意,这个数除第3位为0外,其它各位均为1,操作的结果只会将a数中的第3位置0,而a数的其它位不受影响。

也就是说

,若需要某个数的第n位关闭,只需要将该数与另一个数按位相与,另一个数除了相应的第n位为0外,其它各位都为1,以

起到对其它各位的屏蔽作用。

上面的运算可以用a=a&

(0xF7)来表示,也可以用a&

=(0xF7)来表达。

这两个表达式功能是相同的(见上节“复合赋

值运算符”部分),但在源程序代码中常常见到的以第二种形式为多。

2)按位“或”运算

按位“或”运算符|的作用是对运算符两侧以二进制表达的操作数按位分别进行“或”运算,而这一运算是以数中相同

仅当两个操作数都为0时,输出的结果才为0,否则为1。

a=0x88,b=0x81,则a|b的运算结果如下:

0x8810001000a数

|0x8110000001b数

10001001

作为置位(即将该位置1)的手段,例如我们想要将a数中的第0位和1位置1,而又不影响其

它位的现状,可以用一个数0x03,即二进制数00000011去与a数作按位“或”运算:

|0x0300000011屏蔽数

10001011

注意,这个数除第0、1位为1外,其它各位均为0,操作的结果只会将a数中的第0、1位置0,而a数的其它位不受影响。

就是说,若需要某个数的第n位置1,只需要将该数与另一个数按位相“或”,另一个数除了相应的第n位为1外,其它各位

都为0,以起到对其它各位的屏蔽作用。

上面的运算可以用a=a|(0xF7)来表示,也可以用a|=(0xF7)来表达。

3)按位“异或”运算

按位“异或”运算符^的作用是对运算符两侧以二进制表达的操作数按位分别进行“异或”运算,而这一运算是以数中

相同的位(bit)为单位的。

异或运算操作的规则是:

仅当两个操作数不同时,相应的输出结果才为1,否则为0。

a=0x88,b=0x81,则a^b的运算结果如下:

^0x8110000001屏蔽数

00001001

按位“异或”运算^具有一些特殊的应用,介绍如下:

①按位“异或”运算可以使特定的位取反

我们想让a数中的最低位和最高位取反,只要用0x81,即二进制数10000001去与它作按位“异或”运算,其运算结

果同上式。

经过操作后,最高位的值已经由1变0,而最低位的值也已经由0变1,起到了使这两位翻转的效果。

其它位的状

态保持不变。

可以看到,这个数除最低位、最高位为1外,其它各位均为0,操作的结果只会将a数中的第0、7位取反,而a数的其它位不

受影响。

也就是说,若需要某个数的第n位取反,只需要将该数与另一个数按位相“异或”,另一个数除了相应的第n位为

1外,其它各位都为0,以起到对其它各位的屏蔽作用。

上面的运算可以用a=a^(0x81)来表示,也可以用a^=

(0x81)来表达。

②直接交换两个变量的值

例如,若有变量a=3,b=4,想要交换它们的值,可以做如下一组操作:

a^=b

b^=a

a^=b

首先,a^=b:

a00000011

^b00000100

a= 

00000111

其次,b^=a:

b00000100

^a00000111

b= 

00000011

最后,a^=b:

a00000111

^b00000011

00000100

这样,a、b两个变量中的值就进行了对调。

4)“取反”运算

“取反”运算符~的作用是将各位数字取反:

所有的0置为1,1置为0。

10010110取反后为01101001。

5)数据右移

数据右移操作符>

>

将变量的各位按要求向右移动若干位。

右移语句的通常形式是:

variable>

右移位数

如:

a=11110000;

进行a=a>

2操作后,a=00111100。

6)数据左移

数据左移操作符<

<

将变量的各位按要求向左移动若干位。

左移语句的通常形式是:

variable<

左移位数

进行a=a<

2操作后,a=11000000。

无论是左移还是右移,当某位从一端移出时,另一端出现的空白将以从外面移入的0(某些计算机是送1,详细内容请查阅

相应C编译程序用户手册)来补充。

这说明,移位不同于循环,从一端移出的位并不送回到另一端去,移去的位永远丢失

了,同时在另一端只能补上相应位数的0。

移位操作可用于整数的快速乘除运算,左移一位等效于乘2,而右移一位等效于除以2。

x=7,二进制表达为:

00000111,

x<

00001110,相当于:

x=2*7=14,

01110000,相当于:

x=14*2*2*2=112

11000000, 

x=192

在作第三次左移时,其中一位为1的位移到外面去了,而左边只能以0补齐,因而便不等于112*2*2=448,而是等于192了

当x按刚才的步骤反向移动回去时,就不能返回到原来的值了,因为左边丢掉的一个1,再也不能找回来了:

x>

00110000, 

x=48

00000110 

x=48/8=6

00000011 

x=6/2=3

移位操作还可以配合其它位操作夫对寄存器或者数据I/O接口的各个位进行设置、检测,具体方法见下一节。

2.位操作符的一些实用方法介绍

1)学会应用复合运算符

如前面所介绍的,位操作运算符可以和赋值运算符“=”一起组成复合运算符。

即如下5个:

=、>

=、&

=、^=、|=

其中,x<

=y,相当于x=x<

y;

=y,相当于x=x>

x&

=y,相当于x=x&

x^=y,相当于x=x^y;

x|=y, 

相当于x=x|y;

学会在C语言中使用复合运算符,可以简化源程序,优化目标程序。

2)C语言中一些常见的位操作方法

由于我们此处学习C语言的目的主要是为了开发微控制器的控制程序,为此我们特别关注一下对MPU的寄存器、I/O中某一

位的操作语句。

假如要对PORTA(端口A)的某些位进行赋值、置0、置1、取反、测试,可能会用到如一下一些语句:

①PORTA=0x87

给整个PORTA赋值,作用是将10000111这个数赋予PORTA,即让PORTA的第0、1、2和7位置1,其它位清0。

②PORTA=(1<

7)

给整个PORTA赋值,作用等价于PORTA=0x80,将10000000这个数赋予PORTA,将指定的第7位置1,其余各位置0。

只不

过这里包括了两个步骤,即先是括号中的1<

7操作,表示将0x01这个数左移7位,其值变成0x80,再将它赋予PORTA。

③PORTA=(1<

7)|(1<

3)|(1<

2)

给整个PORTA赋值,作用与②中的操作相同,但是是分别对7、3、2位置1,而将其它各位均置0。

它先要分别对三个括号中

给定的值进行移位操作,再将它们按位“与”,最后将值赋予PORTA。

即:

10000000(1<

7)

00001000(1<

3)

00000100(1<

PORTA= 

10001100

④PORTA&

=0x80

使PORTA中的指定位清0,等价于PORTA=PORTA&

(0x80)。

由于0x80的二进制表达形式为10000000,利用其最高位为1

,其它各位均为0的特性,作为一个模板将其等于1的那些位(如本例中的第7位)屏蔽起来,使之保持不变,而将其它位清

0(不管原来为0还是为1)。

因为PORTA与0x80按位“与”的结果如下:

PORTA 

=0x8710000111

0x8010000000

操作后,第7位的原来值1被保留,其它各个位被清0,其中最低的3位原来为1,现在均为0了。

⑤PORTA&

=(1<

7)

它也等价于PORTA&

=0x80:

这里也包括了两个步骤,即先执行括号中的1<

7操作,将0x01左移7位,其值变成0x80,再

将它与PORTA做按位“与”。

该操作将除指定的第7位以外的各个位清0。

⑥PORTA&

=~(1<

该指令在等号后面加了取反符号~。

与上一条操作的区别是,在与PORTA做按位“与”前,还将0x80先行取反,将1000

0000转换成01111111,再做按位“与”操作。

这样的操作结果是将指定的第7位清零,其它各位保持不变。

⑦PORTA|=(1<

等价于PORTA=PORTA|(1<

7),这里也是先执行括号中的1<

7操作,将0x01左移7位,其值变成0x80,再将它与PORTA

做按位“或”。

若操作前PORTA的初始值为0x07,则:

PORTA00000111

|0x80 

PORTA= 

10000111

该操作将最高位置1,其它各位保持不变。

要注意的是,这条指令与PORTA=(1<

7)相比,虽然都可以使指定的某一位置1,但它们有着不同之处。

PORTA=

(1<

7)执行后,虽然某一位被置1了,但其它的位却被修改了,即不管PORTA的初始值为什么,原来为1的位都会被0覆盖

,执行的结果总是为10000000。

而本条指令却可以将其它位屏蔽起来,在改变要设置的那一位的同时,并不改变其它位

的状态。

3)巧用C语言中的位操作方法

①将寄存器的指定位置1或清0

在实际应用中,经常利用:

PORTA|=(1<

n)这条指令将寄存器的任意位置1,而又不影响其它位的现有状态。

比如说,你如果想将第4位置1,就

使用:

4)就行了。

当然,也可以使用:

7)|(1<

4)|(1<

0)这样的指令一次将设第8、5和1位置1,但又不影响到其它位的状态。

PORTA&

=~(1<

n)这条指令将寄存器的任意位清0,而又不影响其它位的现有状态。

比如说,你如果想将第4位清0,

就使用:

在启动nRF905芯片向空中发送数据时,采用以下函数:

/*ShockBurst发射数据*/

voidnrf905_TxSend(void)

{

PORTD|=(1<

TRXCE);

DelayUs

(1);

//>

10us

PORTD&

=~(1<

}

其中让PORTD中控制TRX_CE信号的那一位先置1,再清0,输出一高一低的脉冲信号,就在一个脉冲周期内,完成了一次数

据发送。

因为在程序的开头已经定义TRX_CE信号为PD6位,即TRXCE=6,因而上面两行程序等价于:

PORTD|=(1<

6);

PORTD&

②测试寄存器指定位的状态

nRF905在接收数据过程中,要分别发出CD、AM和DR信号,而MPU也要分别对这些位进行检测,看它们是否变高,若变高,

就执行下一步,否则就跳出分支,返回主程序。

下面就是对这些位进行检测的一段函数:

/*检查接收情况*/

voidnrf905_RxRecv(void)

while((PIND&

CD))==0);

//CD引脚置1,检测到载波信号

AM))==0);

//一般先AM=1指示地址匹配对

DR))==0);

//DR=1时表示数据接收对而且Crc正确

//nrf905已经接收到数据

nrf905_ReadData(0);

//读出nrf905中的数据

其中有:

while 

((PIND&

DR))==0);

或者:

if 

语句,其功能就是对寄存器指定的位进行测试。

括号中是一个等式,我们将其拆分开介绍它的作用:

1<

DR:

DR在程序的开始已经被定义为2,(1<

DR)也就是(1<

2),表示将0x01左移2位,结果为00000100;

PIND&

(1<

DR):

PIND为PORTD端口的8位引脚的值,PIND&

DR)表示让它和(1<

DR)亦即和00000100按位相“与”。

不管PIND的其它

位为何值,由于和0相与,这些位的结果都为0,我们关心的只有第2位的状态。

由于该位与1相与,只要DR为高,就会有:

PIND 

xxxx1xx

结果 

结果的第二位的状态为1,也就是整个表达式:

(PIND&

DR))==0不成立,语句的逻辑值为0。

若DR为低,则有:

PIND 

xxxxx0xx

00000000

也就是整个表达式的结果为0,(PIND&

DR))==0成立,语句的逻辑值为1。

根据括号中逻辑值的情况,while或者if语句再决定程序的流向。

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