Arduino 入門番外編 19 【bit関数まとめ】

Arduino 入門
番外編 19
【bit関数まとめ】

こんにちは管理人のomoroyaです。

arduino 入門番外編はarduinoの基本的なことを解説している記事です。

本記事は、Arduinoで使用するbit関数についてです。

入門編では、8bitシフトレジスタの制御で使用した関数。

この関数、覚えておくと便利な関数です。

bit関数はbitを操作する関数です。

例えば、2進数でb10000001（10進で129）という数値があったとします。

例えば、3bit目を1にしたい。
※本記事では8bitは0bit～7bitの8個として表現します。
b10000001 → b10001001

また、指定したbitを読み出したいなどなどが簡単にできます。

どんなときに使うのか？

そのままですが、bitを簡単に操作したいときに使います。

実際の使い道は、Lesson 20、Lesson 21 をご確認ください。

管理人はプログラマーの専門家というわけではありません。

気が向いたときにテキストを開き、ネットを調べ自己学習。

管理人にとってはブログ記事が自己学習のノートです。

書くことによって頭の中が整理できる。

何よりも、忘れたときに見返せるってのが良い。

arduino自身のこと、スケッチ（コード、プログラム）を少しづつ理解して行きましょう。

いやいや、arduinoを早速始めたいんだ！というかたは下記の入門編からお読みください。

Arduino入門編の解説にて使用しているArduinoは互換品です。

互換品とは言え、Arduinoはオープンソースであり複製して販売するのもライセンス的に問題なし。

そのため互換品の品質も悪くなく、それでいて値段は安いです。

正規品本体の値段程度で豊富な部品が多数ついています。

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Arduino入門編2では「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」にて遊ぶため今のところは正規品を使用。（まだ互換品が・・・ほぼない）

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Arduino (アルドゥイーノ)

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bit関数基本解説
bit関数サンプルスケッチ
bit関数サンプルスケッチ実行結果
まとめ
最後に
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bit関数基本解説

まずは基本的なことを復習。

繰り返しになりますが、「bitを操作する」ための関数です。

本記事のbit表現は下記とします。

(MSB)10000001(LSB)　←　2進数8bit
LSB：0bit目と表現
MSB：7bit目と表現

Wikipedia LSB
最下位ビット(さいかいビット、least significant bit、LSBと略記)は、コンピュータにおいて二進数で最も小さな値を意味するビット位置のことである。LSBは右端ビットとも言われる。十進数に当てはめれば、「一の位」に相当する。

Wikipedia MSB
最上位ビット(さいじょういビット、most significant bitまたはhigh-order bit、MSBと略記)は、コンピュータにおいて二進数で最も大きな値を意味するビット位置のことである。MSBは左端ビットとも言われる。

コマンド	説明
bitRead(x,n)	指定したビットの読み取り。 x：読み取る対象となる数 n：読み取るビットの位置右端（LSB）から数えて何ビット目か。戻り値：0、1 例変数xの1bit目を読み出す。 bitRead(x,1);
bitWrite(x,n,b)	指定したビットへの書き込み。 x：書き込む対象となる数 n：書き込むビットの位置右端（LSB）から数えて何ビット目か。 b：書き込むビット値（0、1）戻り値：なし例変数xの1bit目に1を書き込む。 bitRead(x,1,1);
bitSet(x,n)	指定したビットをセットします。セットする値は1です。 x：対象となる数 n：セットするビットの位置右端（LSB）から数えて何ビット目か。戻り値：なし例変数xの1ビット目を1にする。 bitSet(x,1);
bitClear	指定したビットをクリアします。セットする値は0です。 x：対象となる数 n：クリアするビットの位置右端（LSB）から数えて何ビット目か。戻り値：なし例変数xの2ビット目を0にする。 bitClear(x,1);
bit(n)	指定したビットを1にしたときの値を計算。 n：値を知りたいbit 戻り値：知りたい値例変数xの1ビット目の値を知る。下記の場合、10進数の場合2という戻り値を得られます。 bit(1);

bit関数サンプルスケッチ

シリアルモニタに操作したいbitを入力、bit関数で操作した値をシリアルモニタに出力するスケッチです。

bit関数を一通り表現してみました。

bit関数の動作の理解の助けになるかと考えます。

スケッチに通信用の関数を使いますので念のため説明をのせておきます。

関数	説明
Serial.begin(speed)	シリアル通信のデータ転送レートをbpsを指定します。 bpsはビット/秒。 speed：転送レート転送レートは下記が指定可能です。 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200 戻り値：なし
Serial.available()	シリアルポートにデータがあるかどうかの確認をする。戻り値：シリアルバッファにあるデータのバイト数
Serial.read()	受信データの読み込み。戻り値：読み込み可能なデータの最初の１バイトを返す。－1の場合はデータなし。
Serial.print(data,format)	ASCIIテキストでシリアルポートにデータを出力する。 data：出力する値 format：基数または有効桁数（BIN,DEC・・・など）戻り値：送信したバイト数
Serial.println(data,format)	データの末尾に改行を入れて送信。 Serial.print()と同じフォーマットが使えます。

下記が、bit関数をシリアルモニタで確認するためのサンプルスケッチです。

//番外編 19　bit操作関数
//bit操作関数をシリアルモニタで理解するサンプルスケッチ
//https://omoroya.com/

byte val_b = B10000001; //bit_valをbyte型としてb00000000で定義
int result;

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);                        //シリアル通信のデータ転送レート設定しポート開放
  Serial.print("set 8bit = ");               //表示
  Serial.println(val_b , BIN);               //セットしたbitを表示
  Serial.println("Enter Bit Number 0 to 7"); //表示
}

void loop() 
{
  
  if (Serial.available() > 0 )        //受信したデータが存在した場合以下を実行
  {
    
    char val_c = Serial.read();       //char文字として受信データの読み込み

    //char文字'0'以上、'7'以下でbit選択
    if (val_c >= '0' && val_c <= '7')
    {
      int val_n = val_c - '0';        //char文字0を引いて数値0-7に変換
      Serial.print("Operation the "); //表示
      Serial.print(val_n);            //指定したbitを表示
      Serial.println(" bit");         //表示
      Serial.println("");             //改行

      Serial.println("bitWrite 1 write");   //表示
      bitWrite(val_b , val_n , 1); //指定したbitに1を書き込む
      Serial.println(val_b , BIN);          //書き込んだ内容を2進表示
      Serial.println(val_b , DEC);          //書き込んだ内容を10進表示
      Serial.println("");                   //改行

      Serial.println("bitWrite 0 write");   //表示
      bitWrite(val_b , val_n , 0); //指定したbitに0を書き込む
      Serial.println(val_b , BIN);          //書き込んだ内容を2進表示
      Serial.println(val_b , DEC);          //書き込んだ内容を10進表示
      Serial.println("");                   //改行

      Serial.println("bitSet 1 write");     //表示
      bitSet(val_b , val_n);                //指定したbitに1を書き込む
      Serial.println(val_b , BIN);          //書き込んだ内容を2進表示
      Serial.println(val_b , DEC);          //書き込んだ内容を10進表示
      Serial.println("");                   //改行

      Serial.println("bitRead");            //表示
      result = bitRead(val_b , val_n);      //指定したbitを読み出す
      Serial.println(result);               //指定したbitの値を表示
      Serial.println("");                   //改行

      Serial.println("bit");                //表示
      result = bit(val_n);                  //指定したbitを1にした時の値を計算
      Serial.println(result , BIN);         //計算結果の2進表示
      Serial.println(result , DEC);         //計算結果の10進表示
      Serial.println("");                   //改行

      Serial.println("bitClear");           //表示
      bitClear(val_b , val_n);              //指定したbitをクリア(0)
      Serial.println(val_b , BIN);          //クリアした内容の2進表示
      Serial.println(val_b , DEC);          //クリアした内容の10進表示
      Serial.println("");                   //改行
    }
  }
}