1.1b 🚧🏋️ Bitschubserei

Synopsis: [MezData: Ausdrücke und Operatoren] [SPS-Logik-Simulation]

Sobald mehrere Port-Pins auf einmal gelesen oder gesetzt werden sollen wird es mit digitalWrite() und digitalRead() umständlich, ausserdem brauchen diese Operationen deutlich länger als der direkte Zugriff über die Portregister.
Hinweise: Zur Veranschaulichung habe ich hier unsigned char a; // 8 Bit ohne Vorzeichen (uint8_t) verwendet. In den [] Klammern stehen Ausdrücke mit dem gleichen Effekt.

Bits verschieben (Bitshift)

Jede Stelle nach links schieben << multipliziert mit 2. Jede Stelle nach rechts schieben >> dividiert durch 2, Nachkommastellen werden abgeschnitten.

Ausdruck	uint8_t a	Ergebnis
a<<1 [= a*2] [= a*21]	0b0000 1010 (10)	0b0001 0100 (20)
a>>1 [= a/2] [= a/21]	0b0000 0101 (5)	0b0000 0010 (2)
a<<3 [= a*8] [= a*23]	0b0000 1010 (10)	0b0101 0000 (64+16=80)
a>>4 [= a/16] [= a/24]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b0000 1111 (15=0x0F)

Maskieren mit & (bitweises &)

Ausdruck	uint8_t a	Ergebnis
a & 1 [= a%2]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b0000 0001 (1)
a & 3 [= a%4]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b0000 0011 (3)
a&0b1010 [= a&10]	0b1111 1101 (253=0xFD)	0b0000 1000 (8)
a&1<<2 [= a&0b100]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b0000 0100 (4)

Bits setzen mit |, |= (bitweises |)

Ausdruck	uint8_t a	Ergebnis
a|1 [= a|0b1]	0b0000 0000	0b0000 0001 (1)
a|2 [= a|0b10]	0b0000 0001 (1)	0b0000 0011 (3)
a | 1<<1 [= a|0b10]	0b0000 0000	0b0000 0010 (2)
a | 0b101<<2 [= a|0b10100] [= a | 5*4]	0b0000 0000	0b0001 0100 (20)

Bits rücksetzen mit &, &= (bitweises &)

Mit ~ werden die Bits im Ausdruck invertiert, dazu muss der Datentyp berücksichtigt werden, hier sind es 8 Bit, Beispiele für Datentypen:

• 8 Bit: ~1 = 0xFE = 0b1111 1110
• 16 Bit: ~1 = 0xFFFE = 0b1111 1111 1111 1110
• 32 Bit: ~1 = 0xFFFFFFFE = 0b1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110

Ausdruck	uint8_t a	Ergebnis
a & ~1 [= a&~0b01] [= a & 0b1111 1110]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b1111 1110 (254=0xFE)
a & ~2 [= a&~0b10] [= a & 0b1111 1101]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b1111 1101 (253=0xFD)
a & ~(1<<3) [= a & ~0b1000] [= a & 0b1111 01111]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b1111 0111 (247=0xF7)
a & ~(0b101<<2) [= a & ~0b1 0100] [= a & 0b1110 1011]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b1110 1011 (235=0xEB)

Bits invertieren mit ^, ^= (bitweises exor)

Ausdruck	uint8_t a	Ergebnis
a ^1 [= a^0b01]	0b1111 1111 (255=0xFF) 0b0000 0000	0b1111 1110 (254=0xFE) 0b0000 0001
a ^2 [= a^0b10]	0b1111 1111 (255=0xFF) 0b0000 0000	0b1111 1101 (253=0xFD) 0b0000 0010
a ^(1<<3) [= a ^0b1000]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b1111 0111 (247=0xF7)
a ^(0b101<<2) [= a ^0b1 0100]	0b1111 1111 (255=0xFF)	0b1110 1011 (235=0xEB)

ToDo: Programm in Java, JavaScript, Python zur Überprüfung erstellen.

Beispiel für Anwendung 1.1 SPS-Logik-Simulation