| Двоичное значение | Шестнадцатеричное значение | |
|---|---|---|
| 0 | 0000 | 0 |
| 1 | 0001 | 1 |
| 2 | 0010 | 2 |
| 3 | 0011 | 3 |
| 4 | 0100 | 4 |
| 5 | 0101 | 5 |
| 6 | 0110 | 6 |
| 7 | 0111 | 7 |
| 8 | 1000 | 8 |
| 9 | 1001 | 9 |
| 10 | 1010 | A |
| 11 | 1011 | B |
| 12 | 1100 | C |
| 13 | 1101 | D |
| 14 | 1110 | E |
| 15 | 1111 | F |
Шестнадцатеричные константы, как и двоичные, имеют специальную форму записи:
int x = 0x0003; // 3
int y = 0x010F; // 271 (256 + 15)
Эту форму записи используют не только в программном коде на C, но и в документации, чтобы показать, что число является шестнадцатеричным, а не десятичным.
Маскирование битов
Нередко при приеме данных от периферийных устройств, независимо от вида связи, данные поступают упакованными в байты, в которых часть битов может нести служебную информацию. Создатели периферийных устройств часто стараются втолкнуть как можно больше информации в минимальное число бит, чтобы добиться максимальной скорости передачи, но это усложняет программирование взаимодействий с такими устройствами.
Операция маскирования битов позволяет игнорировать некоторую часть данных в байте или в большой структуре данных. На рис. 9.1 показано, как выполнить маскирование байта, содержащего разнородные данные, и получить число, определяемое тремя младшими битами.
Рис. 9.1. Маскирование битов
В описаниях двоичных чисел вы обязательно столкнетесь со словосочетаниями «самый младший» и «самый старший». В двоичных числах, записанных с соблюдением правил, принятых в математике, самым старшим битом является крайний левый бит, а младшим значащим — крайний правый. Крайний правый бит может иметь ценность только 1 или 0. Вам также встретятся термины самый старший бит (Most Significant Bit, MSB) и самый младший бит (Least Significant Bit, LSB). Самый младший бит иногда называют также нулевым битом (бит 0), первый бит (бит 1) — следующий по старшинству и т.д.
В примере, изображенном на рис. 9.1, байт включает несколько значений, но нас интересуют только три младших бита, которые нужно извлечь как число. Для этого можно выполнить поразрядную операцию И (AND) данных с маской, в которой три младших бита имеют значение 1. Поразрядная операция И (AND) для двух байт в свою очередь выполняет операцию И (AND) для каждой пары соответствующих битов и конструирует общий результат. Операция И (AND) для двух битов вернет 1, только если оба бита имеют значение 1.
Далее показана реализация этого примера на Arduino C с использованием оператора &. Обратите внимание на то, что поразрядная операция И (AND) обозначается единственным символом &, а логическая операция И (AND) — двумя: &&.
byte data = 0b01100101;
byte result = (data & 0b00000111);
Переменная result в данном случае получит десятичное значение 5.
Сдвиг битов
Часто необходимые биты в принимаемых данных могут занимать не самые младшие разряды в байте. Например, если из данных, изображенных на рис. 9.1, потребуется извлечь число, определяемое битами с 5-го по 3-й (рис. 9.2), то вам придется сначала применить маску, чтобы оставить интересующие биты, как в предыдущем примере, а затем сдвинуть биты на три позиции вправо.
Сдвиг вправо в языке C выполняется оператором >>, за которым следует число, определяющее количество разрядов, на которое производится сдвиг. В результате часть битов будет сдвинута за границу байта. Далее приводится реализация примера из предыдущего раздела на языке C:
byte data = 0b01101001;
byte result = (data & 0b00111000) >> 3;
Представьте, что вы получили два 8-битных байта и должны собрать из них одно 16-битное значение типа int. Для этого можно сдвинуть биты старшего байта в один конец значения int, а затем прибавить второй байт. Этот процесс иллюстрирует рис. 9.3.
Рис. 9.2. Маскирование и сдвиг битов
Рис. 9.3. Объединение двух байтов в значение типа int
Чтобы реализовать это в Arduino C, нужно сначала записать highByte в переменную результата типа int, сдвинуть влево на восемь позиций, а потом прибавить lowByte:
byte highByte = 0x6A;
byte lowByte = 0x0F;
int result = (highByte << 8) + lowByte;
Аппаратная часть SPI
На рис. 9.4 изображена типичная схема подключения к Arduino двух ведомых устройств.
Рис. 9.4. Плата Arduino и два ведомых устройства SPI
Линии тактового сигнала системы (System Clock, SCLK), выход ведущего/вход ведомого (Master Out Slave In, MOSI) и вход ведущего/выход ведомого (Master In Slave Out, MISO) подключаются к контактам на плате Arduino с теми же именами, которые в модели Uno соответствуют контактам D13, D11 и D12. В табл. 9.2 перечислены наиболее распространенные модели плат и соответствие контактов линиям интерфейса SPI.
Таблица 9.2. Контакты интерфейса SPI на плате Arduino
| Модель | SCLK | MOSI | MISO |
|---|---|---|---|
| Uno | 13 (ICSP3) | 11 (ICSP4) | 12 (ICSP1) |
| Leonardo | ICSP3 | ICSP4 | ICSP1 |
| Mega2560 | 52 (ICSP3) | 51 (ICSP4) | 50 (ICSP1) |
| Due | ICSP3 | ICSP4 |
