[AVR] 비트 연산
AVR각각의 비트를 조작하는 것은 마이크로컨트롤러를 프로그래밍할 때 이해해야 할 가장 중요하고 기본적인 개념 중 하나입니다.
구성요소의 상태를 읽고, 매개 변수를 설정하고, 출력 핀의 상태를 변경하려면 비트 조작이 필요합니다.
특정 비트의 상태를 개별적으로 변경하고 바른 비트는 변경하지 않는 방법을 아는 것이 중요합니다.
이 글에서는 C언어를 사용할 수 있는 비트 연산자 중 일부를 소개하고 예시로 LED를 제어하는 방법을 보여줍니다.
개별 비트 설정
레지스터의 비트 설정은 OR 연산자(|)를 사용합니다.
| A | B | A | B |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
위와 같이 OR 연산자(|)는 특정 비트를 1로 설정하고 다른 비트는 변경하지 않습니다. 예를 들어 0bxxxxxxxx | 0b00000001를 하면 0bxxxxxxx1이 됩니다. 여기서 0b00000001를 비트 마스크(Bitmask)라고 합니다. 비트 마스크에서 0인 부분은 변경되지 않고 1인 부분만 변경됩니다.
한 번의 OR 연산자로 여러 개의 비트도 설정할 수 있습니다. 0bxxxxxxxx | 0b01010101를 하면 0bx1x1x1x1가 됩니다.
개별 비트 지우기
비트를 지우는 것은 AND 연산자(&)를 사용합니다.
| A | B | A & B |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
AND 연산자의 사용법은 위에서 설명한 OR 연산자와 유사하지만, 비트 마스크에 0이 있는 부분의 비트가 지워지고 1이 있는 부분은 변경되지 않고 유지됩니다. 예를 들어 0bxxxxxxxx | 0b11111110를 하면 0bxxxxxxx0이 됩니다.
LED 깜빡이기
AVR의 PINB0에 LED를 연결했다면, 가장 먼저 PINB0을 출력핀으로 만들기 위해 DDRB의 0번째 Bit를 1로 설정해야 합니다. 그리고 PORTB의 0번째 Bit를 변경하여 PINB0을 LOW로 하거나 HIGH로 변경합니다.
#include<avr/io.h>
#include<util/delay.h>
/*
----------------------------------------------
DDRx : 입출력 방향을 결정하는 레지스터
PORTx : 출력 신호를 결정하는 레지스터
PINx : 입력된 값이 저장되어 있는 레지스터
----------------------------------------------
*/
void
int main()
{
// PINB0을 DDRB로 출력하도록 설정
DDRB |= 0b00000001; // DDRB = DDRB | 0b00000001;로 사용할 수도 있습니다.
while(1)
{
// PINB0을 HIGH로 설정
PORTB |= 0b00000001;
_delay_ms(500);
// PINB0을 LOW로 설정
PORTB &= 0b11111110;
_delay_ms(500);
}
}
개별 비트 뒤집기
XOR 연산자(^)를 사용하면 개별 비트를 뒤집을 수 있습니다.
| A | B | A ^ B |
|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
XOR 연산자(^)를 사용하면 특정 비트의 값을 뒤집고 다른 비트는 변경하지 않고 그대로 유지할 수 있습니다. 임의의 비트 x와 0을 XOR 연산하면 x가 생성되며, x와 1을 XOR 연산하면 ¬x가 생성됩니다.
예를 들면, 0bxxxxxxxx1 ^ 0b00000001은 0bxxxxxxx0이고 반대로 0bxxxxxxx0 ^ 0b00000001은 0bxxxxxxx1 입니다.
XOR 연산자를 사용하면 위에서 작성한 LED를 500ms마다 켰다 끄는 코드를 아래와 같이 개선할 수 있습니다.
#include<avr/io.h>
#include<util/delay.h>
/*
----------------------------------------------
DDRx : 입출력 방향을 결정하는 레지스터
PORTx : 출력 신호를 결정하는 레지스터
PINx : 입력된 값이 저장되어 있는 레지스터
----------------------------------------------
*/
void
int main()
{
// PINB0을 DDRB로 출력하도록 설정
DDRB |= 0b00000001; // DDRB = DDRB | 0b00000001;로 사용할 수도 있습니다.
while(1)
{
// PINB0를 토글(Toggle)합니다
PORTB ^= 0b00000001;
_delay_ms(500);
}
}
비트 이동하기
<<와 >> 연산자를 사용하면 비트를 이동할 수 있습니다. 비트를 이동하게 되면, 지정된 양만큼 모든 비트를 이동하고 빈 공간을 0으로 채웁니다. 예를 들면, 0b1110101 << 2은 0b11010100가 되며 0b11110000 >> 3은 0b00011110가 됩니다.
비트의 이동을 레지스터의 특정 비트를 지정할 때 표기법으로 유용하게 사용됩니다.
// DDRB에 PINB4를 출력 모드로 설정합니다.
// 1 << 4 = 0b00010000
DDRB |= (1 << 4);
AVR 마이크로컨트롤러 핀에 대한 정의를 가지고 있는 #include <avr/io.h>를 코드에 추가하면, DDRB에서 PINB4를 출력 모드로 설정할 때 아래와 같이 간편하게 할 수 있습니다.
// DDRB에 PINB4를 출력 모드로 설정합니다.
DDRB |= (1 << PINB4);
NOT 연산자
마지막으로 소개할 비트 연산자는 NOT 연산자(~)입니다. NOT은 앞에서 설명한 OR, AND, XOR 연산자와 달리 단항 연산자입니다. NOT은 주어진 값에 대해 0은 1로, 1은 0으로 변경합니다. AND 연산자와 결합하여 사용하면 특정 비트를 지울 때 유용하게 사용할 수 있습니다. 예를 들어 처음에 작성한 LED 코드에서 PINB0의 0번째 비트를 지우려고 할 때 아래와 같은 표현식을 사용했습니다.
// PINB0을 LOW로 설정
PORTB &= 0b11111110;
위의 코드는 보기에도 헷갈리고, 코드를 작성하는 것 또한 힘듭니다. 아래와 같이 NOT 연산자를 사용하여 개선할 수 있습니다.
// PINB0을 LOW로 설정
PORTB &= ~(1 << PINB0);
복합적으로 사용하기
위에서 소개한 모든 연산자들은 결합하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어 3개의 다른 핀을 동시에 Set 할 수 있습니다.
// PINB0, PINB2, PINB4를 HIGH로 설정
PORTB |= (1 << PINB0)|(1 << PINB2)|(1 << PINB4);
또는 아래와 같이 세 개의 핀을 Clear 할 수 있습니다.
// PINB0, PINB2, PINB4를 LOW로 설정
PORTB &= ~((1 << PINB0)|(1 << PINB2)|(1 << PINB4));
그러나 논리 연산자로 다른 핀을 동시에 Set 하면서 Clear 할 수는 없습니다. 이 경우에는 각각 별도의 작업이 필요합니다.