Lucrul cu registrele la nivel de bit

În cazul ATmega 324, registrele sunt pe 8 biți. Majoritatea biților un anumit rol, documentat în datasheet, și pot fi folosiți în următoarele scopuri:

• biți de control: folosiți pentru a controla diferite moduri de operare ale microcontrollerului, pentru a activa anumite componente etc. Exemplu: bitul RXENn din registrul UCSRnB permite, atunci când este setat, primirea de date pe USARTn (unde n este 0 sau 1).
• biți de stare: folosiți pentru a verifica starea unei acțiuni. Aceștia sunt, în general, read-only. Exemplu: bitul RXCn din registrul UCSRnA este setat atunci când există date de citit în bufferul de primire date pentru USARTn (unde n este 0 sau 1).
• biți de date: folosiți pentru a oferi microcontrollerului date pentru a fi prelucrate sau pentru a prelua date de la acesta. Exemplu: grupul de 8 biți RXBn[7:0] sunt folosiți pentru a primi date de la USARTn, iar grupul TXBn[7:0] sunt folosiți pentru a scrie date în bufferul destinat transmisiei pe USARTn (unde n este 0 sau 1).
• biți rezervați: în prezent nu sunt folosiți de către microcontroller.

O operație pe biți este o operație care afectează unul sau mai mulți biți dintr-un câmp de biți sau din reprezentarea binară a unui număr. Deoarece aceste acțiuni sunt suportate direct de către microcontroller, ele sunt cu mult mai eficiente decât operațiile de împărțire, înmulțire și chiar decât adunare.

Shiftarea la dreapta mută fiecare bit al operandului spre dreapta cu un număr de poziții. Operandul din dreapta reprezintă numărul de biți cu care se face shiftarea operandului din stânga. Dacă este nevoie, se adaugă zerouri la stânga numărului pentru a îi menține dimensiunea.

Exemple:

Shiftarea la dreapta poate fi folosită pentru a împărți un număr binar la 2 (sau puteri ale lui 2) într-o singură operație. Exemplu: 1010 >> 1 = 0101, unde:

• 1010(baza 2) = 10(baza 10)
• 0101(baza 2) = 5(baza 10)

Shiftarea la dreapta mută fiecare bit al operandului spre stânga cu un număr de poziții. Operandul din dreapta reprezintă numărul de biți cu care se face shiftarea operandului din stânga. Dacă este nevoie, se adaugă zerouri la dreapta numărului pentru a îi menține dimensiunea.

Exemple:

Shiftarea la stânga poate fi folosită pentru a înmulți un număr cu 2 (sau puteri ale lui 2) într-o singură operație. Exemplu: 0011 << 1 = 0110, unde:

• 0011(baza 2) = 3(baza 10)
• 0110(baza 2) = 6(baza 10)

O mască pe biți reprezintă un câmp de biți folosit pentru a seta / șterge mai mulți biți dintr-un alt câmp de biți într-o singură operație.

• Mascare biți pe 1 (setare multiplă)
  • Exemplu:
• Mascare biți pe 0 (ștergere multiplă)
  • Exemplu:
• Verificare status bit
  • Exemplu:
• Toggle valoare biți
  • Exemplu:

• Confundarea operatorilor ”!” și ”~”.
  • ”!” transformă ceva “fals” (=0) în “adevărat” și vice-versa.
  • ”~” transformă toate zerourile în 1 și vice-versa.
  • Exemplu: !1100 = 0; ~1100 = 0011

• Confundarea operatorilor ”&” și ”&&”.
  • ”&” efectuează operația de intersecție a doi biți.
  • ”&&” returnează starea de adevăr a expresiei, evaluată cu tabelul de adevăr AND, în care 0 reprezintă “fals” și orice altceva reprezintă “adevărat”.
  • Exemple:
    • 1101 & 1001 = 1001; 1101 && 1001 = 1
    • 1100 & 0001 = 0000; 1100 && 0001 = 1

• Confundarea operatorilor “|” și “||”.
  • “|” efectuează operația de uniune a doi biți.
  • “||” returnează starea de adevăr a expresiei, evaluată cu tabelul de adevăr OR, în care 0 reprezintă “fals” și orice altceva reprezintă “adevărat”.
  • Exemple:
    • 1101 | 1001 = 1101; 1101 || 1001 = 1
    • 1000 | 0001 = 1001; 1000 || 0001 = 1

• Folosirea expresiei Byte = 1 << Bit_index când se dorește doar setarea bitului de la indexul Bit_index din octetul Byte.
  • Corect: Byte |= 1 << Bit_index
  • De ce este greșit? Pentru că șterge toți ceilalți biți din Byte. Practic, îi atribuie lui Byte valoarea lui 1 << Bit_index, care nu este altceva decât masca pe care dorim s-o aplicăm.
  • Exemplu: inițial Byte = 11001110 și Bit_index = 4.
    • Greșit: Byte = 1 << 4; ⇒ Byte devine 00010000
    • Corect: Byte |= 1 << 4; ⇒ Byte devine 11011110

• Folosirea expresiei Byte = ~(1 << Bit_index) când se dorește doar ștergerea bitului de la indexul Bit_index din octetul Byte.
  • Corect: Byte &= ~(1 << Bit_index)
  • De ce este greșit? Pentru că șterge toți ceilalți biți din Byte. Practic, îi atribuie lui Byte valoarea lui ~(1 << Bit_index), care nu este altceva decât masca pe care dorim s-o aplicăm.
  • Exemplu: inițial Byte = 11001110 și Bit_index = 2.
    • Greșit: Byte = ~(1 << 2); ⇒ Byte devine 11111011
    • Corect: Byte &= ~(1 << 2); ⇒ Byte devine 11001010