单片机C环境下位操作的实现方法

2006-07-21 15:56:11来源: 单片机及嵌入式系统应用

  C语言既有高级语言的各种特点,又可对硬件进行操作,并对进行结构化程序设计,用C语言编写的程序较容易移植,它们可生成简洁可靠的目标代码,在代码效率和代码执行速度上完全可以和汇编媲美。采用C语言进行单片机编程嵌入式程序设计的发展趋势。但是,在嵌入式控制等领域,经常需要控制某一个二进制位,然而除了Keil C51等C环境外,很多单片机C环境都没有扩充对位变量定义的关键字,甚至单片机本身的硬件上也没有对单个位操作的汇编指令,这使得已习惯MCS-51内核单片机Keil C51编程的用户都为其C环境不能对位变量进行位操作而烦恼。

1 用“读-修改-写”方法实现对单个位的位操作

ANSIC中,一般采用“读-修改-写”的方法实现单个位的位操作,通过与0“与”操作,将某一位清0。如使i变量的b0位为0,实现方法为i=i&0xfe。通过与1“或”操作,将某一位置1。如使i变量的b0位为1,实现方法为i=i|0x01。通过与1“异或”操作,将某一位取反。如使i变量的b0位取反,实现方法为i=i^0x01。

注意:错误“读-修改-写”方法时不要影响其他位,即某位清零时,其他位与1“与”;某位置1时,其他位与0“或”;取反时,其他位与0“异或”。

为了方便程序设计和增加程序可读性,很多程序员喜欢采用下面的移位方式实现单个位的位操作,语句简练,可读性强,比如在某单片机的B口连接1个发光二极管,其点亮操作方法如下:

#define bit(x) (1<<(x))

#define LED 2

使用方法如下:

PORTB|=bit(LED);//将PORTB第3位置1,点

           //亮连接在I/O口的LED

该方式下,程序运行时会增加移位操作,生成的代码较大,而且执行时间长,实时性差,一些C环境按如下方式直接定义位,则生成的代码就不会有移位操作:

2 通过位域的方法实现位操作

标准C提供了一种基于结构体的数据结构--位域(BitField),位域就是把一个存储单元中的二进制划分为几个不同的区域。并说明每个区域的位数。每一个域有一个域名,允许在程序中按域名进行操作,位域的定义格式如下:

struct 位域结构名{

位域列表 };

位域列表格式为:类型说明符 位域名:位域长度如:

struct k{

unsigned int a:1

unsigned int :2

unsigned int b:3

unsigned int :0     //空域

}k1;

说明:

1)各位依次从低位到高位排列,排满一个存储单元,按地址接着排下一单元;

2)位域可以无域名,但不能被引用,如第二域,这时其只用来填充或调整位置;

3)第四行称空域,目的是将目前存储单元的剩余部分分为一个域,且填充0。

位域的引用很简单,如:

k1.a=1; //置k1的b0位为1

k1.b=7; //将k1的b3-5位置111

通过位域定义位变量,是实现单个位位操作的重要途径和方法,采用位域定义位变量,产生的代码紧凑、高效。定义的方法如下:

通过位域定义位,再通过宏进行定义,可以方便地将Keil C51等程序移植到其他C编译器,从而不再为没有位操作而苦恼。

对一个单片机的所有I/O口,通过将位域结构指定到I/O端口地址,I/O口便都可以采用位域进行宏定义,这样,操作I/O口就可以像Keil C51编程一样方便。

3 基于位域实现位操作应用举例

很多单片机没有硬件的SPI,而很多板级外围器件为SPI接口,而且某些外围器件不是标准的SPI,即通信的总二进制位数不是8的整数倍,这里编制一个例程,为同时收和发0-16位,全双工方式,具体使用见例程注解。注意:很多单片机使用前要对使用的I/O口进行初始化,clk和din为输出口,dout为输入口,同时这里使用了前面通过读-修改-写宏定义的一个函数GET_BIT(x,y)。

该SPI模块已经成功应用到单片机与MAX7219和CH451等SPI通信上。

对于没有扩展位变量的C语言环境,在汇编下没有对单个位进行位操作执行的MCU,通过位域的方法操作I/O口是最佳的方法,汇编下有单个位的位操作指令MCU。可以嵌入汇编,但是程序的可移植性等性能会下降,建议使用位域的方法。

关键字:单片机  变量  单个

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200607/5095.html
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