デジタル降魔録ＴＯＰページへ

thank you for your access

　【１２】実験しよう（２）・・・

論理演算は学校で習ってきた数学とは少し異なっていて、取っ付きにくいかもしれませんが、プログラムを勉強する上では避けて通れませんので、もう少しやってみましよう。
　ところで演算系の処理は動きが見えず、おもしろくもなんともありませんね。でもＦｌａｓｈＰＩＣのＷａｔｃｈウインドウを使いますと、レジスタの内容が表示されますので、紙の上で計算するよりはおもしろいと思いますし理解もしやすくなります。

▽ 論理和 △

　それでは、ＦｌａｓｈＰＩＣを使って、もう少し論理演算を実験してみましよう。
前回は論理演算命令の論理積“ＡＮＤ”である“ＡＮＤＷＦ”を使用したマスク処理でした。これは１バイトの数値をビットで表した２進数に置き換えて、必要無い部分を“０”にして使おうという方法でした。
　これとは逆に必要無い部分を“１”にしたり、あるいは、あるビットだけを“１”にしたい場合の方法です。
　たとえば“ＲＥＧ”というメモリの第３番目のビットだけを“１”にするのなら、“bsf REG,2”とすればいいことになります。（ビット番号は０から始まるので３番目は２になります）
　しかしこの方法には欠点があります。プログラムであらかじめ何番目のビットと決めているので、プログラムを変更しない限り自由になりません。これでは拡張性の悪い優柔の利かないプログラムができ上がってしまいます。

　そこで、出てくるのが“ＩＯＲＷＦ”命令、　ＯＲ演算です。

　ＯＲは論理和と呼ばれるもので、演算されるもの両方が“０”の時だけ結果が“０”になる性質があります。
具体的には・・・。

　　１　ＯＲ　１＝１
　　１　ＯＲ　０＝１
　　０　ＯＲ　１＝１
　　０　ＯＲ　０＝０

このようになります。

この場合の“０”と“１”は２進数ですので、“２”や“３”という数字は出てきません。従って１バイトの数値でＯＲをとる場合は次の例のようになります。

　　１０１０００１１（→１６進で０ｘＡ３）
　　０００１１１０１（→１６進で０ｘ１Ｄ）
ＯＲ＿＿＿＿＿＿＿
　　１０１１１１１１（→０ｘＢＦ）

となります。

任意のビットを“１”にするために利用するのは、“１”でＯＲを取ると、相手が“０”であろうと“１”であろうと、必ず結果が“１”になるという赤色の部分です。

　それでは任意のビットを“１”にする論理和、ＯＲの実験をしてみましょう。

;
INDF		EQU	0x00
TMR0		EQU	0x01	;（TMR0は、まだ使用できません）
PCL		EQU	0x02
STATUS		EQU	0x03
FSR		EQU	0x04
TRIS_A		EQU	0x05
TRIS_B		EQU	0x06
TRIS_C		EQU	0x07
PORT_A		EQU	0x08
PORT_B		EQU	0x09
PORT_C		EQU	0x0A
REG		EQU	PORT_C+1;←論理和の実験のために使用します


		org	0x00
;
;★　論理和“ＯＲ”の実験プログラム　★　
;　　ここからプログラム

		movlw	0x3F	;Wreg ←0x3F＝"0011_1111"
		movwf	REG	;これでREGが0x3Fになりました

		movlw	0x66	;Wreg ←0x66＝"0110_0110"
		iorwf	REG,to_F	;WregとREGをORしてREGに入れる
LOOP:
		goto	LOOP	;結果はWatchウインドウで見てください

　やろうとしているのは、下記の計算式です。

　　００１１１１１１（０ｘ３Ｆ）
　　０１１００１１０（０ｘ６６）
ＯＲ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

　実際にFlash PICにやらせてみましよう。いつものように上記プログラムの上端から下まで、マウスの左ボタンを押しながら全部選択して、右クリック“コピー”をします。
　次に左欄外の“Flash PICを起動”のリンクを押してFlash PICを起動して･･･。
ツールウィンドウの［編集］を押し、ＥＤＩＴウインドウの右上端の［消去］を押します。すると消去確認ウインドウが出ますので、完全削除［はい］を押します。
これでソースボックスがクリアされましたので、その中をマウス左クリックしてから、右クリック［貼り付け］を押してプログラムのコピー・貼り付けを完了させます。

　次に今入れたプログラムをアセンブルしてマシン語に変換させるために［Ｂｕｉｌｄ］ボタンを押します。もしエラーが出た場合は、ErrorListウインドウを消して、入れたプログラムがすべてコピーされているか、へんな文字列が入っていないか確認してください。

エラーが無ければErrorListウインドウを消して、逆アセンブラボックスを見てください。今入れたプログラムがマシン語に変換されて入っていますので、ラベル名“ＬＯＯＰ”のラインを左クリックで選択して、上にある［ＢｒｅａｋＰｏｉｎｔ］ボタンを押して、そのラインに“Break Point”を作成します。“Break Point”というのは、プログラムがそのラインに到達した時に自動的にプログラムを止めて、“Ｗａｔｃｈ”ウインドウの表示内容を更新してくれる機能です。

　“Break Point”ができたら、［Ｗａｔｃｈ］ボタンを押して“Ｗａｔｃｈ”ウインドウを出して、［ＲＵＮ］ボタンを押してプログラムを走らせます。短いプログラムですので、１倍速でFlash PICを走らせても瞬時に“Break Point”に到達して停止します。

　停止したら、“Ｗａｔｃｈ”ウインドウの“ＲＥＧ”と書かれたメモリ内の数値を見てください。“０ｘ７Ｆ”となっています。
これが計算結果です。

　　００１１１１１１（０ｘ３Ｆ）
　　０１１００１１０（０ｘ６６）
ＯＲ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　０１１１１１１１（０ｘ７Ｆ）

　どちらかが、“１”となっている桁はすべて“１”になって、答えが０ｘ７Ｆとなります。

　ということは、あるメモリ内の任意の桁を“１”にするにはその桁のビットを“１”にした数値でＯＲを取ればいいということになります。

　実験してみましよう。

　あるメモリ内というのはメモリ・ＲＥＧでよしとして、そのビット７を“１”にしてみましよう。
ビット７だけが“１”の数値というのは、１０００００００（０ｘ８０）です。（２進→１６進変換）

０ｘ８０でＯＲを取ればいいのですから、プログラムを少し変更します。

ソースウインドウの行番号２４番。
“movlw　0x66”となっているところを
“movlw　0x80”に書き換えます。

すべて半角文字で書きます。全角のスペースが混ざるとエラーが出ても、どこがエラーか分からなくなりますので注意してください。

　書き換えたら、［Ｂｕｉｌｄ］ボタンを押して、エラーが無いことを確認後［ＲＵＮ］ボタンを押してプログラムを走らせます。結果は･･･。 “０ｘＢＦ”となります。２進数に直すと“１０１１１１１１”となって“００１１１１１１（０ｘ３Ｆ）”のビット７だけが“１”になっていることが分かります。

　この応用として、０～７の数値をビット位置として、そこを“１”にするという処理が作れます。
ようするに数値＝０ｘ０４から、ビット位置を“１”にした２進数＝“０００１００００（０ｘ１０）”を求めるというものです。

　初めに、ビット０だけを“１”にする数値“０００００００１（０ｘ０１）”を用意して、ビット番号分だけ、左シフトすればいいことになります。
　ただし、ＰＩＣのシフト命令は必ずＣａｒｒｙフラグを引きずって来ますので、もしＣａｒｒｙ＝１の時に左シフトを行いますと、その“１”がビット０番に転送され、指定のビット番号以外のビットも“１”になるという不具合が出ます。そのため、シフトを行う前にＣａｒｒｙ＝０に上書きします。

Ｃａｒｒｙ＝０　にするには　“bcf STATUS,0”命令です。

▽ 排他論理和 △

“ＸＯＲ”と呼ばれる論理演算です。ＯＲの時と同じように数値をＸＯＲしてみますと・・・。

　　１　ＸＯＲ　１＝０
　　１　ＸＯＲ　０＝１
　　０　ＸＯＲ　１＝１
　　０　ＸＯＲ　０＝０

このようになります。
ＯＲでもＡＮＤでもない結果になっています。これがＸＯＲ演算です。

赤文字の部分を見てください。この演算は両方が同じ数値の場合、結果が“０”になるという性質があります。

　こんなもの、何の役に立つのかと思われますが、結構役にたっています。例えば、あるポートが“Ｌ”になったらＬＥＤを点けるという処理を考えた時・・・。
　通常は、


btfss PORT_A,0		;PORT_Aのビット０が“Ｈ”の時次の命令をスキップ
goto　JOB1		;PORT_Aのビット０が“Ｌ”の時ここからJOB1へ飛び…
			;そこでＬＥＤを点ける等の仕事をする

などと記序して、条件分岐を作ります。これは「PORT_A,0が“Ｌ”になったら、～する」という固定された条件ですのでこれでいいわけですが、次のような条件の時はどうするか・・・です。

「PORT_A,0が“Ｌ”になったら、～する」時と「PORT_A,0が“Ｈ”になったら、～する」時を切り替えて使いたい。それにともなうプログラムの変更は避けたい。

　プログラムを２種類用意すれば簡単ですが、それはちょっとダサいですね。しかしこんな無理難題な条件があるのかとお思いでしょうが、現実はこのような仕様が結構求められます。

　例えば、普段は“Ｈ”状態だが、モノが通過すると“Ｌ”になるセンサーがあるとします。また逆に普段“Ｌ”だが、通過すると“Ｈ”になるセンサーもある。どちらのセンサーを使用してもちゃんと正しく条件分岐するものを作って欲しい・・・などという仕様があります。どちらのスイッチを使用するかは切り替えスイッチでＰＩＣに伝えるとしても、センサーを検知する処理が二系統にしなければいけなくなります。

ここで、排他論理和のＸＯＲが登場です。同じ数値なら結果が“０”になるというＸＯＲの性質を利用します。

メモリ・ＲＥＧには、モノが通過すると“Ｌ”になるセンサーを使用する時は“０ｘ００”が、
通過すると“Ｈ”になるセンサーを使用する時は“０００００００１（０ｘ０１）”が設定されるように初期設定しておきます。


movf	PORT_A,to_W	;PORT_Aの現在の状況をWregへ
xorwf	REG,to_W		;センサーの種類が入ったREGとXORする
andlw	0x01		;センサーの検知ポート以外をマスクする
btfsc	STATUS,2		;減算の結果 Zeroでなければ次の命令をスキップ
goto	JOB1		;Zeroなら、変化ありとしてここからJOB1へ飛ぶ

動きを追ってみます・・・。

　モノが通過すると“Ｌ”になるセンサーを使用中は、センサーの検知ポート、PORT_Aのビット０は普段“Ｈ”です。ですので、その“１”とメモリ・ＲＥＧの“０”とでＸＯＲされるため答えは“１”です。
この時、PORT_Aの他のデータも一緒にＸＯＲされていますので、必要の無い部分をＡＮＤ演算で“０”に上書きします。よって最終的にＷｒｅｇの中は“０００００００１（０ｘ０１）”になります。その後の条件分岐でＺｅｒｏではないので、“goto JOB1”はスキップされます。

センサーにモノが通過するとPORT_Aの０ビットは“Ｌ”になりますので、この“０”と、ＲＥＧ内の“０”でＸＯＲされて答えが“０”になり、その後の条件分岐でＺｅｒｏなので、“goto JOB1”が選択されます。

　今度はモノが通過すると“Ｈ”になるセンサーが取り付けられている時は、ＲＥＧ内を“０００００００１”にする約束ですので０ｘ０１。そしてモノが通過すると、PORT_Aのビット０番が“１”になり、ＲＥＧの“０００００００１（０ｘ０１）”とＸＯＲされて、答えは“０”になり“goto JOB1”へ向かいます。
　どうですか？　結果が同じになりました。プログラムの変更は一切せずに、メモリＲＥＧ内を切り替えているだけです。

　ＸＯＲはまだ他にも使い道があります。
Ｗｒｅｇとメモリ・ＲＥＧの中身を入れ替える時、通常なら別のメモリを用意してそこへ一度移動させてから、入れ替えを行います。


movwf	MEM1		;Wregを退避
movf	REG,to_W		;
movwf	MEM2		;REG → MEM2
movf	MEM1,to_W		;MEM1（もとWregの内容）→ Wreg
movwf	REG		;→ REGへ
movf	MEM2,to_W		;MEM2（もとREGの内容）→ Wreg

ＸＯＲを使うと魔法のようにすっきりします。


xorwf  REG,to_F		;Wreg xor REG → REG(W xor REG)
xorwf  REG,to_W		;REG(W xor REG) xor W → W{(W xor REG) xor W｝=W(REG)
xorwf  REG,to_F		;W(REG) xor REG(W xor REG) → W

一見して非常に分かりにくいですが、ＸＯＲしたものにもう一度ＸＯＲすると元に戻るという性質を利用しています。

この方法だと余分なメモリも必要とせず３命令で済みます。ぜひ、Flash PICで実験してみてください。

ＸＯＲしたものにもう一度ＸＯＲすると元に戻るという性質を利用すると、ビットの反転が簡単にできます。例えばＬＥＤの点滅をさせたい時は、単純にＬＥＤの出力ポートのビット位置を“１”でＸＯＲするだけで反転します。

ＬＥＤ　　　　　　　　結果
　１　ＸＯＲ　１　→　０
　　　　　　　　　
　０　ＸＯＲ　１　→　１

ただし、ＰＩＣを１０ＭＨｚ以上のクロックで走らせている時や、電流を極端に多く出力しているポートに対して、直接アクセスする時には注意が必要です。こちらをご覧ください。
このような時は、出力ポートへ直接書き込むのではなく、専用のメモリを用意してそれに対してアクセスをした後、まとめてポートへ転送するような工夫が必要になります。

2009.09.06