【雕爷学编程】Arduino 手册之位操作 bit()

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什么是Arduino？
Arduino 是一款开源的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种创意的项目。无论你是初学者还是专家，Arduino 都能为你提供无限的可能性。你可以用 Arduino 来控制传感器、灯光、马达、机器人、物联网设备等等，只要你能想到的，Arduino 都能帮你实现。

如果你想了解更多关于 Arduino 的信息，你可以访问 Arduino 的官方网站，那里有丰富的资源和教程供你参考。你也可以加入 Arduino 的社区，和来自世界各地的爱好者、学生、设计师和工程师交流心得和经验。此外，你还可以使用 Arduino 的在线编程工具，在云端编写代码并上传到你的开发板上。

Arduino 是一个不断发展和创新的平台，它有着广泛的应用领域和潜力。这里希望本手册能激发你对 Arduino 的兴趣和热情，让你享受 Arduino 带来的创造力和乐趣。

维基百科的定义
Arduino 是一个开源嵌入式硬件平台，用来供用户制作可交互式的嵌入式项目。此外 Arduino 作为一个开源硬件和开源软件的公司，同时兼有项目和用户社群。该公司负责设计和制造Arduino电路板及相关附件。这些产品按照GNU宽通用公共许可证（LGPL）或GNU通用公共许可证（GPL）许可的开源硬件和软件分发的，Arduino 允许任何人制造 Arduino 板和软件分发。 Arduino 板可以以预装的形式商业销售，也可以作为 DIY 套件购买。

Arduino 2005 年时面世，作为意大利伊夫雷亚地区伊夫雷亚互动设计研究所的学生设计，目的是为新手和专业人员提供一种低成本且简单的方法，以建立使用传感器与环境相互作用的装置。初学者和爱好者可用Arduino制造传感器、简单机器人、恒温器和运动检测器等装置。

Arduino 这个名字来自意大利伊夫雷亚的一家酒吧，该项目的一些创始人过去常常会去这家酒吧。酒吧以伊夫雷亚的 Arduin（Arduin of Ivrea）命名，他是伊夫雷亚边疆伯爵，也是 1002 年至 1014 年期间的意大利国王。

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十九、Arduino 位操作 bit()
Arduino的bit()是一个函数，用于返回一个数值，该数值只有指定位置的二进制位为1，其他位都为0。这个函数可以用于处理多位的数据，比如byte、int、long等，或者进行位运算。

bit()的适用范围：
1）用于创建一个掩码，用于与其他数值进行位与或位或运算，以设置或清除某些位的状态。例如，如果要设置一个byte类型的变量的最高位为1，可以用bit(7)创建一个掩码，然后与原变量进行位或运算。
2）用于检测一个数值的某一位的状态，用于与其他数值进行位与运算，以判断该位是否为1。例如，如果要检测一个byte类型的变量的最高位是否为1，可以用bit(7)创建一个掩码，然后与原变量进行位与运算，如果结果不为0，则说明该位为1。
3）用于将多个单独的位组合成一个数值，用于与其他数值进行位或运算，以生成一个新的数值。例如，如果要将一个byte类型的变量的第0、2、4、6位都设置为1，可以用bit(0)、bit(2)、bit(4)、bit(6)创建四个掩码，然后依次与原变量进行位或运算。

主要应用场景：
1）读取传感器数据：在许多应用中，传感器的输出通常是一个字节或整数，其中的特定位表示特定的传感器数据。使用bit()函数可以方便地读取特定位的值，从而获取传感器的具体数据。
2）判断标志位：在某些情况下，使用位来表示特定的标志位，例如开关状态、使能标志、错误标志等。bit()函数可以将字节或整数中特定位的值提取出来，以便进行相应的判断或处理。
3）位操作中的辅助操作：bit()函数常常被用作位操作中的辅助函数，与其他位操作函数结合使用，以实现更复杂的位操作逻辑。

bit()的使用注意事项有以下几点：
bit()只能作用于一个常量，不能作用于一个变量或表达式。例如，bit(x)是错误的写法，应该先将x赋值给一个常量，然后再用bit()提取。
bit()返回的是一个无符号长整型（unsigned long）的值，范围是0~4294967295。如果要将其转换为其他类型，需要进行强制类型转换。例如，如果要将其转换为byte类型，需要写成byte(bit(n))。
bit()只能提取0~31位置的二进制位的值。如果要提取其他位置的位的值，需要使用其他方法。例如，如果要提取第32位的值，可以先右移31位，然后再用bit(0)提取。

以下是Arduino的bit()几个实际运用程序案例：
例1：创建一个掩码

//定义一个byte类型的变量
byte x = 0b10101010;

//创建一个掩码
byte mask = bit(7); //10000000

//设置最高位为1
x = x | mask; //10101010 | 10000000 = 11101010

//打印修改后的结果
Serial.begin(9600);
Serial.println(x, BIN);

这个程序的输出是：

11101010

这是因为0b10101010与掩码0b10000000进行位或运算后得到0b11101010。

例2：检测一个数值的某一位的状态

//定义一个byte类型的变量
byte x = 0b10101010;

//创建一个掩码
byte mask = bit(7); //10000000

//检测最高位是否为1
if (x & mask != 0) { //10101010 & 10000000 = 10000000
  Serial.println("The highest bit is 1");
} else {
  Serial.println("The highest bit is 0");
}

//打印检测结果
Serial.begin(9600);

这个程序的输出是：

The highest bit is 1

这是因为0b10101010与掩码0b10000000进行位与运算后得到0b10000000，不等于0。

例3：将多个单独的位组合成一个数值

//定义一个byte类型的变量
byte x = 0;

//创建四个掩码
byte mask1 = bit(0); //00000001
byte mask2 = bit(2); //00000100
byte mask3 = bit(4); //00010000
byte mask4 = bit(6); //01000000

//将第0、2、4、6位都设置为1
x = x | mask1; //00000000 | 00000001 = 00000001
x = x | mask2; //00000001 | 00000100 = 00000101
x = x | mask3; //00000101 | 00010000 = 00010101
x = x | mask4; //00010101 | 01000000 = 01010101

//打印组合后的结果
Serial.begin(9600);
Serial.println(x, BIN);

这个程序的输出是：

01010101

这是因为0与四个掩码依次进行位或运算后得到0b01010101。
:
例4：读取传感器数据

void setup() {
  byte sensorData = 0b10101010;  // 假设有一个字节表示传感器数据

  // 读取特定的传感器数据
  bool sensorValue = bitRead(sensorData, 2);  // 读取第3位的值

  // 根据传感器数据进行相应的处理
  if (sensorValue) {
    // 执行某些操作
  } else {
    // 执行其他操作
  }

  // 进行其他操作
  // ...
}

void loop() {
  // 执行其他操作
  // ...
}

例5：判断标志位

void setup() {
  byte status = 0xFF;  // 假设有一个字节表示设备状态

  // 判断特定的标志位
  bool flag = bitRead(status, 1);  // 判断第2位的值

  // 根据标志位进行相应的处理
  if (flag) {
    // 执行某些操作
  } else {
    // 执行其他操作
  }

  // 进行其他操作
  // ...
}

void loop() {
  // 执行其他操作
  // ...
}

例6：位操作中的辅助操作

void setup() {
  byte data = 0b10101010;  // 假设有一个字节数据

  // 在位操作中使用bit()函数辅助操作
  bool bitValue = bitRead(data, 3);  // 读取第4位的值

  // 根据读取的位值进行其他位操作
  byte mask = 0b00110011;  // 假设有一个掩码
  if (bitValue) {
    // 与掩码进行位与运算
    byte result = data & mask;
    // 执行某些操作
  } else {
    // 执行其他操作
  }

  // 进行其他操作
  // ...
}

void loop() {
  // 执行其他操作
  // ...
}

:例7：获取字节中特定位的值

byte value = 0b10101010; // 字节变量
int bitPosition = 2; // 位位置

byte bitValue = bit(value, bitPosition); // 获取位位置2的值

// 使用获取到的位值进行处理
// ...

例8：获取整数变量的特定位的值

int value = 0b11001100; // 整数变量
int bitPosition = 5; // 位位置

int bitValue = bit(value, bitPosition); // 获取位位置5的值

// 使用获取到的位值进行处理
// ...

例9：获取字节变量中多个位的值

byte value = 0b11001111; // 字节变量

int bitValue1 = bit(value, 1); // 获取位位置1的值
int bitValue2 = bit(value, 3); // 获取位位置3的值
int bitValue3 = bit(value, 7); // 获取位位置7的值

// 使用获取到的位值进行处理
// ...

这些案例展示了bit()函数在不同应用中的应用场景。通过使用bit()函数，可以方便地获取字节或整数中特定位的值，用于读取传感器数据、判断标志位或作为位操作的辅助操作。请根据具体的应用需求，选择适当的位操作函数来实现所需的功能。

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