第一部分位操作符:
位与&
1.注意:&是位与,&&是逻辑与
2.真值表:0+0=0 0+1=0 1+1=1 1+0=0
位与操作特点:只有1和1位与的结果为1。
3.位与和逻辑与的区别:
位与时,两个操作数是按照二进制位批次对应位相与的。如下图
逻辑与是两个操作数作为整体相与的(不是零全为1,非0即1).0XAA+0XF0=1+1=1
位或|
1.注意|为位或,||为逻辑或
2.真值表:0+0=0 0+1=1 1+1=1 1+0=1
位或操作特点:只有0和0位与的结果为0。只要有一个一就为1
3.位与和逻辑与的区别:
位与时,两个操作数是按照二进制位批次对应位相或的。
逻辑或是两个操作数作为整体相或的(不是零全为1,非0即1)
位取反~
1.注意:C语言中位取反是~,逻辑取反是!
2.按位取反是将操作数的二进制位逐个按位取反(0变成1,1变成0).而逻辑取反是真的变成假的假的变成真的。(只有0才是假,不是0全为真)
3.一般按位取反显示结果很大,因为是32位二进制。
4.任何非0的数逻辑取反再取反得到1
任何非零的数按位取反再取反得到本身。
位异或^
1.位异或真值表:1^1=0 0^0=0 1^0=1 0^1=1
2.2个数如果相等结果为0,两个数如果不等结果为1(两个数相异,就进行或操作)
位与 位或 位异或总结:
位与:(任何数,其实就是1或0)与1位与无变化,与0位与都为0;
位或:(任何数,其实就是1或0)与1位或都为1,与0位与无变化;
位异或:(任何数,其实就是1或0)与1位异或会取反,与0位与无变化;
左移位<< 右移位>>:
C语言的移位取决于数据类型
对于无符号数来说,左移时右侧补0(相当于逻辑移位)
对于无符号数来说,右移时左侧补0(相当于逻辑移位)
对于有符号数来说,左移时右侧补0(叫算术移位,相当于逻辑移位)
对于有符号数来说,右移时左侧补符号位(如果是正数就补0,负数就补1)
第二部分位与位或位异或在操作寄存器时的特殊操作
一.先理解结构
SoC :CPU 内核 + 内存 + 各种外设(GPIO、串口、定时器等)是一整套微型系统,是一个芯片
CPU :是专门处理、执行程序的硬件(读取指令,翻译,执行)
外设:就是专门用来干这些实际具体工作的硬件模块
常见外设:
- GPIO:控制引脚电平,点灯、读取按键。输出高低电平。
- UART 串口:和别的设备收发字符串,打印日志。
- SPI / I2C:跟别的芯片通信,比如显示屏、传感器。
- 定时器 TIM:计时、延时、产生 PWM,控制电机亮度。
- ADC:读取模拟电压,读电位器、传感器。
寄存器:是CPU与外设的沟通桥梁(因为语言不通)。并且CPU向寄存器中写入一个命令,外设就一直执行命令。
RAM(随机存储器):
1.可读可写,断电数据全部丢失。
2.单片机/Soc里,用来存放正在运行的变量、堆栈。
ROM(只读存储器)
1.断电数据不会丢 2.存放你的程序代码、常量。程序烧录在这里
IO口(输入输出口,也是一种外设):就是芯片外面一根根引脚。用来读外面信号,或者输出信号给外部设备。
二.寄存器操作要求
刚刚说寄存器是CPU传入指令控制外设,所以操作寄存器就是操纵硬件。
1.寄存器是按位进行使用的(外设寄存器一般是 32 位,由 32 个bit(位)组成,每 1 个 bit 就是 0 或者 1。并且寄存器里的每一位,各自负责一个功能。)
2.寄存器操作要求:在设定特定位时不能影响其他位。
3.操作方法:读,改,写(读出整个寄存器的位,改变想改变的位的位置,最后写入整个已经改完的所有位)
三.特定位清零用&
1.位与:(任何数,其实就是1或0)与1位与无变化,与0位与都为0;
2.如果希望将一个寄存器的某些特定位变成0而不影响其他位,可以构造一个合适的1与0组成的数和这个寄存器原来的值进行位与操作。就可以将特定位清零。
3.举例:假设原来32位寄存器中的值为0XAAAAAAAA(有八个A,每个A代表4位),需要将bit8~bit15清零而其他位不变,可以将这个数与0XFFFF00FF(十六进制F代表二进制1111)进行位与。
四.特定位1用|
位或:(任何数,其实就是1或0)与1位或都为1,与0位与无变化;
2.如果希望将一个寄存器的某些特定位变成1而不影响其他位,可以构造一个合适的1与0组成的数和这个寄存器原来的值进行位或操作。就可以将特定位变1。
3.举例:假设原来32位寄存器中的值为0X123d0c57,需要将bit4~bit7变为1而其他位不变,可以将这个数与0X000000f0(十六进制F代表二进制1111)进行位或。
五,特定位取反用^
1.位异或:(任何数,其实就是1或0)与1位异或会取反,与0位与无变化;
2.按位取反的用法和刚才讲的位与是类似的。我们要构造这样一个数,要取反的指定位为 1,其他位为 0,这个数与原来的数进行位异或即可。
第三部分如何用位运算构建特定二进制数
一.寄存器位操作经常需要特定位给特定值
1.根据上节可知,对寄存器置1清0,取反,在于事先构建一个特别的数,这个数和原来的数进行位与位或,取反。即可达到要求。
2.可以利用相关计算器,直接给出特定32位特定数。但是不直观
3.自己写代码利用位操作符号(主要是移位和位取反)来构建特定二进制数。
二.使用位移获取特定值为一的二进制数
1.首先最简单的就是用移位来获取特定位为1的二进制数。譬如我们需要一个bit3~bit7为1的二进制可以表示:(0X1f<<3)
2.进阶获取bit4~bit6为1,同时bit23~bit28为1,其余为0的二进制数。可以表示:(0X7<<4)|(0X3f<<23)
三.结合位取反获取特定位为0的二进制数
1.特定位为0(比较少)而其余位为1(比较多)适合左移加位取反的方式来构造。
2.思路是:先试图构造出这个数的位相反数,再取反得到这个数
例如要构造bit4~bit10为0其余位为1,就先构造bit4~bit10为1其余位为0,然后对这个数取反。
~(0X7f<<4)
四.总结
1.如果要的数比较少位为1,大部分位为0,则可以通过连续很多个1左移n位得到。
2.如果要的数比较少位为0,大部分位为1,则可以通过先构建其位反数,然后再位取反得到。
3.如果想要的数中连续1的部分不止一个,那么可以通过多端分别构造,然后再彼此位与即可。
第四部分位运算实战演练
回顾:要置 1 用 |,清零用 &,要取反用 ^,~ 和 <<>> 用来构建特定二进制
其中设置就是设置为1,清除就是设置为0.
1、给定一个整型数 a,设置 a 的 bit3,保证其他位不变。
a=a|(1<<3)
2、给定一个整形数 a,设置 a 的 bit3~bit7,保持其他位不变。
a=a|(0X1f<<3)
3、给定一个整形数 a,清除 a 的 bit15,保证其他位不变。
a=a&(~(1<<15))
4、给定一个整形数 a,清除 a 的 bit15~bit23,保持其他位不变。
a=a&~(0x1ff<<15)
5、给定一个整形数 a,取出 a 的 bit3~bit8。
思路:第一步将这个数的bit3~bit8不变,其余位全部清零。第二步右移3位
a=((a&0X1f7)>>3)或者((a&(0x3f<<3))>>3)
6、用 C 语言给一个寄存器的 bit7~bit17 赋值 937(其余位不受影响)。
思路:第一步将bit7~bit17清零,第二步 bit7~bit17赋值
a=a&(~(0X7ff<<7))
a=a|(937<<7)
7、用 C 语言将一个寄存器的 bit7~bit17 中的值加 17(其余位不受影响)。
思路:第一步:先读出bit7~bit17 第二步:将这个数加上17
第三步:将bit7~bit17清零 第四步:加上第二部算出来的bit7~bit17
第一步:tep=a&(0X3ff<<7 ) tep=tep>>7 第二步:tep+=17
第三步:a=a&~(0X3ff) 第四步:a|=tep
8、用 C 语言给一个寄存器的 bit7~bit17 赋值 937,同时给 bit21~bit25 赋值 17。
第五部分.用宏定义来完成位运算
C语言宏定义 #define宏是预处理指令,预处理阶段做简单文本替换,不做类型检查,不占运行时间,不是函数。