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单片机C51语言的位操作及其应用详细说明

在对单片机进行编程的历程中,对位的操作是常常碰到的。C51对位的操控能力是异常强大年夜的。从这一点上,就可以看出C不但具有高档说话的机动性,又有初级说话切近硬件的特征。这也是在各个领域中都可以看到C的紧张缘故原由。在这一节中将具体解说C51中的位操作及其利用。

1、位运算符

C51供给了几种位操作符,如下表所示:

1)“按位与”运算符(&)

参加运算的两个数据,按二进位进行“与”运算。原则是全1为1,有0为0,即:

0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1;

如下例:

a=5&3; //a=(0b 0101) & (0b 0011) =0b 0001 =1

那么假如参加运算的两个数为负数,又该若何算呢?会以其补码形式表示的二进制数来进行与运算。

a=-5&-3; //a=(0b 1011) & (0b1101) =0b 1001 =-7

在实际的利用中与操作常常被用于实现特定的功能:

1.清零

“按位与”平日被用来使变量中的某一位清零。如下例:

a=0xfe; //a=0b 11111110

a=a&0x55;

//使变量a的第1位、第3位、第5位、第7位清零 a= 0b 01010100

2.检测位

要知道一个变量中某一位是‘1’照样‘0’,可以应用与操作来实现。

a=0xf5; //a=0b 11110101

result=a&0x08; //检测a的第三位,result=0

3.保留变量的某一位

要樊篱某一个变量的其它位,而保留某些位,也可以应用与操作来实现。

a=0x55; //a=0b 01010101

a=a&0x0f; //将高四位清零,而保留低四位 a=0x05

2)“按位或”运算符(|)

介入或操作的两个位,只要有一个为‘1’,则结果为‘1’。即有‘1’为‘1’,全‘0’为‘0’。

0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1;

例如:

a=0x30|0x0f; //a=(0b00110000)|(0b00001111)=(0b00111111)=0x3f

“按位或”运算最普遍的利用便是对一个变量的某些位置‘1’。如下例:

a=0x00; //a=0b 00000000

a=a|0x7f; //将a的低7位置为1,a=0x7f

3)“异或”运算符(^)

异或运算符^又被称为XOR运算符。当介入运算的两个位相同(‘1’与‘1’或‘0’与‘0’)时结果为‘0’。不应时为‘1’。即相同为0,不合为1。

0^0=0; 0^1=1; 1^0=1;1^1=0;

例如:

a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a

异或运算主要有以下几种利用:

1.翻转某一位

当一个位与‘1’作异或运算时结果就为此位翻转后的值。如下例:

a=0x35; //a=0b00110101

a=a^0x0f; //a=0b00111010 a的低四位翻转

关于异或的这一感化,有一个范例的利用,即取浮点的相反数,详细的实现如下:

f=1.23; //f为浮点型变量 值为1.23

f=f*-1; //f乘以-1,实现取其相反数,要进行一次乘运算

f=1.23;

((unsigned char *)&f)[0]^=0x80; //将浮点数f的符号位进行翻转实现取相反数

2.保留原值

当一个位与‘0’作异或运算时,结果就为此位的值。如下例:

a=0xff; //a=0b11111111

a=a^0x0f; //a=0b11110000 与0x0f作异或,高四位不变,低四位翻转

3.互换两个变量的值,而不用临时变量

要互换两个变量的值,传统的措施都必要一个临时变量。实现如下:

void swap(unsigned char *pa,unsigned char *pb)

{

unsigned char temp=*pa;//定义临时变量,将pa指向的变量值赋给它

*pa=*pb;

*pb=temp; //变量值对调

}

而应用异或的措施来实现,就可以不用临时变量,如下:

void swap_xor(unsigned char *pa,unsigned char *pb)

{

*pa=*pa^*pb;

*pb=*pa^*pb;

*pa=*pa^*pb; //采纳异或实现变量对调

}

从上例中可以看到异或运算在开拓中是异常实用和神奇的。

4)“取反”运算符(~)

与其它运算符不合,“取反”运算符为单目运算符,即它的操作数只有一个。它的功能便是对操作数按位取反。也便是是‘1’得‘0’,是‘0’得‘1’。

~1=0; ~0=1;

如下例:

a=0xff; //a=0b11111111

a=~a; //a=0b00000000

1.对小于0的有符号整型变量取相反数

d=-1;

//d为有符号整型变量,赋值为-1,内存表示为0b 11111111 11111111

d=~d+1; //取d的相反数,d=1,内存表示0b 00000000 00000001

此例运用了负整型数在内存以补码要领来存储的这一道理来实现的。负数的补码要领是这样的:负数的绝对值的内存表示取反加1,就为此负数的内存表示。如-23假如为八位有符号整型数,则其绝对值23的内存表示为0b00010111,对其取反则为0b11101000,再加1为0b11101001,即为0XE9,与Keil仿真结果是相吻合的:

2.增强可移植性

关于“增强可移植性”用以下实例来解说:

要是在一种单片机中unsigned char类型是八个位(1个字节),那么一个此类型的变量a=0x67,对其最低位清零。则可以用以下措施:

a=0x67; //a=0b 0110 0111

a=a&0xfe; //a=0b 0110 0110

上面的法度榜样彷佛没有什么问题,应用0xfe这一因子就可以实现一个unsigned char型的变量最低位清零。但假如在另一种单片机中的unsigned char类型被定义为16个位(两个字节),那么这种措施就会掉足,如下:

b=0x6767; //假设b为另一种单片机中的unsigned char 类型变量,值为0b 0110 0111 0110 0111

b=b&0xfe; //假云云时因子仍为0xfe的话,则结果就为0b 0000 0000 0110 0110 即0x0066,而与0x6766不相吻合

上例中的问题便是由于不合情况中的数据类型差异所造成的,即法度榜样的可移植性不好。对付这种环境可以采纳如下措施来办理:

a=0x67; //a=0b 0110 0111

a=a&~1; //在不合的情况中~1将自动匹配运算因子,实现着末一位清零 a=0x66 此中~1为 0b 11111110

b=0x6767; //a=0b 0110 0111 0110 0111

b=a&~1; //~1=0b 1111 1111 1111 1110,b=0b 0110 0111 0110 0110 ,即0x6766

5)左移运算符(《《)

左移运算符用来将一个数的各位整个向左移多少位。如:

a=a《《2

表示将a的各位左移2位,右边补0。假如a=34(0x22或0b00100010),左移2位得0b10001000,即十进制的136。高位在左移后溢出,不起感化。

从上例可以看到,a被左移2位后,由34变为了136,是原本的4倍。而假如左移1位,就为0b01000100,即十进制的68,是原本的2倍,很显然,左移N位,就即是乘以了2N。但一结论只适用于左移时被溢出的高位中不包孕‘1’的环境。比如:

a=64; //a=0b 0100 0000

a=a《《2; //a=0b 0000 0000

着实可以这样来想,a为unsigned char型变量,值为64,左移2位后即是乘以了4,即64X4=256,而此种类型的变量在表达256时,就成为了0x00,孕育发生了一个进位,即溢出了一个‘1’。

在作乘以2N这种操作时,假如应用左移,将比用乘法快得多。是以在法度榜样中适应的应用左移,可以前进法度榜样的运行效率。

6)右移运算符

右移与左移相类似,只是位移的偏向不合。如:

a=a》》1

表示将a的各位向右移动1位。与左移相对应的,左移一位就相称于除以2,右移N位,就相称于除以2N。

在右移的历程中,要留意的一个地便利是符号位问题。对付无符号数右移时左边高位移和‘0’。对付有符号数来说,假如原本符号位为‘0’,则左边高位为移入‘0’,而假如符号位为‘1’,则左边移入‘0’照样‘1’就要看实际的编译器了,移入‘0’的称为“逻辑右移”,移入‘1’的称为“算术右移”。Keil中采纳“算术右移”的要领来进行编译。如下:

d=-32; //d为有符号整型变量,值为-32,内存表示为0b 11100000

d=d》》1;//右移一位 d为 0b 11110000 即-16,Keil采纳“算术逻辑”进行编译

7)位运算赋值运算符

在对一个变量进行了位操作中,要将其结果再赋给该变量,就可以应用位运算赋值运算符。位运算赋值运算符如下:

&=, |=,^=,~=,《《=, 》》=

例如:a&=b相称于a=a&b,a》》=2相称于a》》=2。

8)不合长度的数据进行位运算

假如介入运算的两个数据的长度不应时,如a为char型,b为int型,则编译器会将二者按右端补齐。假如a为正数,则会在左边补满‘0’。若a为负数,左边补满‘1’。假如a为无符号整型,则左边会添满‘0’。

a=0x00; //a=0b 00000000

d=0xffff; //d=0b 11111111 11111111

d&=a; //a为无符号型,左边添0,补齐为0b 00000000 00000000,d=0b 00000000 00000000

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