单片机C环境下位操作的实现方法

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单片机C环境下位操作的实现方法

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是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。

李小路

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