BitShifting ist eine Methode, bei welcher einzelne Bits nacheinander über einen Pin des Arduino “geshiftet” – d.h. herausgeschrieben – werden. Diese Funktion kann genutzt werden um z.B. mehrere LEDs mit nur wenigen Pins anzusteuern. Dies kann Sinn machen, wenn man z.B. eine Segmentanzeige mit vielen Stellen steuern möchte.
Hintergrund
Um die Funktionsweise des BitShifting zu verstehen hilft es, sich die grundlegenden Operationen des Microkontrollers vorzustellen. Ein Microkontroller – wie jede andere CPU auch – arbeitet nur auf der Basis von 0 (AUS) und 1 (EIN). Diese werden so verarbeitet, dass logische Systeme damit konstruiert werden können. Die Basis dafür bilden die sog. bitweisen Operanden. Ein Byte besteht grundsätzlich aus acht Bits. Man kann sich den Zusammenhang zwischen Bits und Bytes also folgendermassen vorstellen…
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0000 0101 = 5
...1111 1111 = 255 Durch alle Kombinationen lassen sich so mit jedem Byte 256 Werte (von 0 bis 255) darstellen, je nachdem, welches Bit “aktiv” und welches “nicht aktiv” ist. Im folgenden Tutorial wird genau dies mit dem “Beispiel ShiftOut 01″ visualisiert.
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byte test = B00100000; // Direkte Zuweisung des Bit Wertesbyte test = 40; // Zuweisung über den Wert des Bytesbyte test = bitWrite(test, 3, HIGH); // Zuweisung des Wertes über die Funktion bitWrite()
Wenn wir uns nun vorstellen, dass jedes Bit eine LED darstellt, welche je nach Wert des Bits aus EIN od. AUS gesetzt wird, dann können wir mit Hilfe eines Bytes acht unterschiedliche LEDs ansteuern. Es geht also lediglich darum, wie wir ein Byte versenden und dann wieder so decodieren können um damit eine LED zu schalten. Dafür nutzen wir ein ShiftRegister des Types 75HC595. Dieses erlaubt es uns über einen Daten PIN (DATA_PIN) das gesamte Byte zu senden und je nach dessen Wert bis zu acht Ausgänge zu schalten.
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Die Funktion ShitOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, bitOrder, Wert) übernimmt dabei das Timing und das Herausschreiben des kompletten Bytes. DATA_PIN ist dabei der PIN, über welchen die Daten versandt werden. CLOCK_PIN ist für das Timing. bitOrder beschreibt ob wir das Byte von Links nach Rechts (MSBFIRST – most significant bit first) oder von Rechts nach Links (LSBFIRST – last significant bit first) lesen möchten. Wert kennt dann nur noch zwei Zustände HIGH od. LOW.
BILD
Beispiel
Ein gutes Tutorial zur Verwendung eines Shift Registers ist hier dokumentiert. Folgende Komponenten werden für das Tutorial benötigt:
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Wollen wir alle Ziffern korrekt anzeigen, so müssen wir uns eine kleine Tabelle erstellen, welche uns die LEDs zeigt, die für die jeweilige Ziffer eingeschaltet sein müssen. Daraus ergibt sich folgende Visualisierung.
Aufgaben
1. Stellt alle Ziffern von 0-9 auf dem 7-Segment Display dar
2. Vereinfacht euren Code, so dass ihr nur noch ein Array habt, in welchem die Ziffern und entsprechenden LEDs hinterlegt sind.
3. Ergänzt den Code, dass ihr zusätzlich zu den Ziffern auch Buchstaben anzeigen könnt.
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