Binário para Decimal. Binário: = 19. Decimal:

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2 Binário para Decimal Binário: = 19 Decimal:

3 Decimal para Binário Decimal: = Binário:

4 Binário para Hexadecimal Binário: = = 3 Hexa:

5 Binário para Hexadecimal Binário: = = 10 Hexa: DA 1001 = = 10 = A 1011 = 11 = B 1100 = 12 = C 1101 = 13 = D 1110 = 14 = E 1111 = 15 = F 5

6 Binário, Decimal ou Hexadecimal? Temos 3 sistemas, assim se vemos o número 1000 qual é o numero correto? Por padrão o número é decimal. Os números binários devem ser seguidos por um "b" (1000b) e hexadecimais por um "h (08h) 6

7 Programação em C Na programação em C "0b" é utilizado para definir números binários e "0x" para definir números hexadecimais. Exemplos: i = 10; // 10 é armazenado em i i = 0b10; // 10b é armazenado em i (2 em decimal) i = 0x10; // 10h é armazenado em i (16 em decimal) 7

8 Operações Matemáticas com Bits A parte mais confusa dos microcontroladores é a manipulação de dados no nível de bit. Por isso, entender a matemática binária é importante. A seguir serão apresentadas as principais operações matemáticas utilizadas nos microcontroladores. 8

9 Operações Matemáticas com Bits FUNÇÃO "BIT SHIFT" (<< e >>) Faz um deslocamento do bit para a direita ou para a esquerda. BIT SHIFT para esquerda: ( << 2) = ( << 3) = ( << 1) = ( << 5) = BIT SHIFT para a direita: ( >> 1) = ( >> 3) = ( >> 0) = ( >> 1) =

10 BIT SHIFT na linguagem C: Operações Matemáticas com Bits i = 1; // i = i = i << 2; // i = i = i >> 1; // i = A função BIT SHIFT pode ser utilizada para multiplicar ou dividir qualquer número por uma potência de 2 (2, 4, 8, 16, etc). i = 10; // i = i = i >> 1; // i = = 5 (para dividir por 2) i = i << 2; // i = = 20 (multiplicar por 4) Isso é útil porque multiplicação e divisão utilizam 2 ciclos de clock enquanto o BIT SHIFT utiliza

11 Operações Matemáticas com Bits FUNÇÃO "NOT" (~) Basicamente inverte o bit para o seu oposto. ~0 = 1 ~1 = 0 ~ = NOT na linguagem C: i = 0b ; i = ~i; // i = i = 0b ; i = ~i; // i =

12 Operações Matemáticas com Bits FUNÇÃO "AND" (&) A resposta é verdadeira (1) quando ambos os bits comparados forem verdadeiros (1). 0 & 0 = 0 0 & 1 = 0 1 & 0 = 0 1 & 1 = 1 Expandindo para mais bits é conveniente reescrevê-los colocando-os um sobre o outro. 12

13 Operações Matemáticas com Bits 15 & 170 = = 15 & = = 10 AND na linguagem C: i = 15; i = i & 170; // 15 & 170 => i =

14 Operações Matemáticas com Bits FUNÇÃO "OR" ( ) A resposta é verdadeira (1) quando pelo menos um dos bits comparados for verdadeiro (1). 0 0 = = = = 1 Expandindo para mais bits é conveniente reescrevê-los colocando-os um sobre o outro. 14

15 Operações Matemáticas com Bits = = = = 175 OR na linguagem C: i = 15; i = i 170; // => i =

16 Operações Matemáticas com Bits FUNÇÃO "XOR" (^) Semelhante a Função OR, porém somente é verdadeiro quando ambos forem diferentes. 0 ^ 0 = 0 0 ^ 1 = 1 1 ^ 0 = 1 1 ^ 1 = 0 Expandindo para mais bits é conveniente reescrevê-los colocando-os um sobre o outro. 16

17 Operações Matemáticas com Bits 15 ^ 170 = = 15 ^ = = 165 XOR na linguagem C: i = 15; i = i ^ 170; // 15 ^ 170 => i =

18 ABREVIAÇÕES Na maioria da vezes nós iremos ler um registrador, executar uma operação e carregar novamente o novo valor no mesmo registrador. Anteriormente esta tarefa era feita através da seguinte operação: i = i <operando> #. Exemplo: i = i & 170; 18

19 No entanto, existe uma forma mais fácil e mais utilizada: i <operando>= # Exemplos: i <<= 1; // é o mesmo que i = i << 1 i ~=; // é o mesmo que i = ~i i &= 3; // é o mesmo que i = i & 3 i = 4; // é o mesmo que i = i 4 i ^=5; // é o mesmo que i = i ^

20 MÁSCARAS Quando se trabalha com registradores geralmente existe o interesse em conhecer o status de bits específicos. O melhor caminho para conseguir esta informação é através da utilização de máscaras. A máscara é simplesmente um número (em binário) que contém 1s nos bits que são de interesse. Desta forma, se há interesse de trabalhar com os bit 3 e 5, deverá ser criada uma máscara com o seguinte número:

21 Conforme apresentado anteriormente, na função AND a resposta é verdadeira (1) quando ambos os bits comparados forem verdadeiros (1). Assim, se for utilizada a máscara e for executado um AND entre ela e um determinado registrador, o resultado final será 0 se o 3 o e 5 o bit forem zero (0) e maior que 1 se um ou ambos forem verdadeiros (1). 21

22 Exemplo: x = 64; y = x & 0b ; Matematicamente: x = 64 & máscara resultado: y=0 Esta mascara define: - Se o 3 o e 5 o bits forem 0 y = 0 - Se a menos um deles for 1 y >

23 A utilização deste tipo de máscara é intuitiva quando a quantidade de bits é pequena. No entanto, quando se utilizam registradores maiores (16 ou 32 bits) a aplicação não é tão fácil. Para facilitar o entendimento e visualização (principalmente quando se utiliza registradores de 16 ou 32 bits) é comum se adotar a combinação da função BIT SHIFT LEFT de 1 (1<<#) para se criar a máscara. 23

24 Reescrevendo o exemplo anterior: x = 64; y = x & ( (1<<5) (1<<3) ); Matematicamente: Resolvendo os parênteses: (1 << 3) cria: desloca 3 para esquerda: (1 << 5) cria: desloca 5 para esquerda:

25 Resolvendo ( (1<<5) (1<<3) ): (1 << 3) (1 << 5) resultado da máscara Substituindo: y = x & ; // onde x = 64 ou 0b

26 Rearranjando para resolver: x=64 & máscara ((1<<5) (1<<3)) resultado: y=0 Como y=0 conclui-se que os bits 3 e 5 são

27 ESCRITA E LEITURA DE BITS EM REGISTRADORES Existem 4 equações que são frequentemente utilizadas na programação de microcontroladores para escrever ou ler o estado de um bit em um registrador: SET BIT (saídas) CLEAR BIT (saídas) FLIP BIT (saídas) GET BIT (entradas) 27

28 SET BIT Utilizado para acionar um determinado bit em um registrador. Para isso se utiliza a operação. Acionando o bit 2 no registrador PORTB: PORTB = 0b ; // condição inicial da Porta PORTB = (1 << 2); // acionar o bit

29 SET BIT Expandindo: PORTB = PORTB (1 << 2) Resolvendo os parênteses: (1 << 2) cria: desloca 2 para esquerda:

30 SET BIT Substituindo: PORTB = PORTB Rearranjando para resolver: PORTB= mascara (1<<2) resultado carregado no reg. PORTB (bit 2 do PORTB acionado) 30

31 CLEAR BIT Utilizado para limpar um determinado bit em um registrador. Para isso se utilizam as operações & e ~. Limpando o bit 5 no registrador PORTC: PORTC = 0b ; // condição inicial da Porta PORTC &= ~(1 << 5); // limpar o bit

32 CLEAR BIT Expandindo: PORTC = PORTC & ~(1 << 5) Resolvendo os parênteses: (1 << 5) cria: desloca 5 para esquerda:

33 CLEAR BIT Substituindo: PORTC = PORTC & ~( ) NOT nos parênteses: ~(...) resulta em

34 CLEAR BIT Substituindo: PORTC = PORTC & Rearanjando para resolver: PORTC=34 & mascara (1<<5) resultado carregado no reg. PORTC (bit 5 do PORTC limpo) 34

35 FLIP BIT Utilizado para inverter um determinado bit em um registrador. Para isso se utiliza a operação ^. Invertendo o bit 5 no registrador PORTD: PORTD = 0b ; // condição inicial da Porta PORTD ^= (1 << 5); // inverter o bit

36 FLIP BIT Expandindo: PORTD = PORTD ^ (1 << 5) Resolvendo os parênteses: (1 << 5) cria: desloca 5 para esquerda:

37 FLIP BIT Substituindo: PORTD = PORTD ^ Rearanjando para resolver: PORTD=8 ^ máscara (1<<5) resultado carregado no reg. PORTD (bit 5 do PORTD invertido) 37

38 GET BIT Utilizado para descobrir o estado de um determinado bit em um registrador. Se o resultado for verdadeiro o bit está acionado. Para isso se utiliza a função IF. Verificando se o bit 3 está acionado: PORTB = 0b ; if ((PINB & (1 << 3)) > 0) // condição inicial da Porta // se PB3 estiver acionado 38

39 GET BIT Resolvendo os parênteses: (1 << 3) cria: desloca 3 para esquerda:

40 GET BIT Substituindo: if ((PINB & ( )) > 0) Rearranjando para resolver: PORTB=8 & máscara (1<<3) resultado > 0, resultado verdadeiro, ou seja, terceiro pino está acionado 40

41 GET BIT É possível ainda definir algumas variações como por exemplo: if ((PINB & (1 << 3))!= 0) // diferente de zero // verdadeiro quando o bit 3 for igual a 1 (semelhante a > ) if ((PINB & (1 << 3)) == 0) // igual a zero // verdadeiro quando o bit 3 for igual a 0 // adequado para utilizar com botões com pull-up 41

42 Ao invés de indicar o número da posição do bit no registrador também é possível referenciar o bit utilizando o tag específico. Por exemplo: PORTB = (1 << 2); ou PORTB = (1 << PB2); PORTD ^= (1 << 5); ou PORTD ^= (1 << PD5); if ((PINB & (1 << 3)) > 0); ou if ((PINB & (1 << PB3)) > 0); 42

43 Registrador Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Page SREG I T H S V N Z C 10 Para acionar, por exemplo, o bit 6 do registrador SREG é possível fazê-lo de duas formas: SREG = (1 << 6); ou SREG = (1 << T); Neste último caso referencia-se o tag T do bit 6 do registrador. 43

44 RESUMO SET BIT (saídas) PORTB = (1 << PB2); CLEAR BIT (saídas) PORTC &= ~(1 << PC5); // acionar o bit 2 do PORTB // limpar o bit 5 do PORTC FLIP BIT (saídas) PORTD ^= (1 << PD5); // inverter o bit 5 do PORTD GET BIT (entradas) if ((PINB & (1 << PB3)) > 0) // se bit 3 do PORTB for

45 Utilizando o #define Para facilitar a programação, as operações podem ser definidas utilizando uma nomenclatura conforme exemplo abaixo: #define set_bit(porta,pino) (porta = (1<<pino)) #define clear_bit(porta,pino) (porta &=~ (1<<pino)) #define LED PB0 Desta forma, para acender ou apagar um LED na porta PB0, por exemplo, simplesmente substitui a operação pela nomenclatura definida: set_bit(portb,led); clear_bit(portb,led); // acende LED // apaga LED 45