База знаний

Запись переменных битами

Одна переменная может хранить не только обычное число, но и набор отдельных признаков. В промышленной автоматизации так часто передают состояния, аварии, разрешения, режимы работы и packed-флаги в Modbus-регистрах.

Бит как отдельный флаг

Каждый бит имеет номер и вес. Если бит равен 1, его вес добавляется к итоговому числу. Если бит равен 0, он ничего не добавляет. Для целочисленных типов это простая сумма степеней двойки.

Значение = бит0 x 2⁰ + бит1 x 2¹ + бит2 x 2² + ... Например, если включены биты 0, 3 и 7, значение равно 1 + 8 + 128 = 137.

bit 72⁷128

bit 62⁶64

bit 52⁵32

bit 42⁴16

bit 32³8

bit 22²4

bit 12¹2

bit 02⁰1

BYTE, WORD и DWORD

BYTE содержит 8 бит, WORD - 16 бит, DWORD - 32 бита. В картах Modbus один 16-битный holding register часто описывают как WORD: внутри него может быть одно значение 0...65535 или 16 независимых флагов.

Тип	Размер	Обычное применение
`BYTE`	8 бит	Небольшой набор флагов или значение 0...255.
`WORD`	16 бит	Один Modbus-регистр, status word, alarm word, control word.
`DWORD`	32 бита	Два Modbus-регистра, большая маска флагов или 32-битное число.

Signed-типы

В SHORT8, INT16 и DINT32 старший бит используется как часть знакового представления. Обычно применяется дополнительный код: если старший бит установлен, число считается отрицательным. Например, INT16 с битовым шаблоном 1111 1111 1111 1111 означает -1, а не 65535.

REAL: знак, экспонента и мантисса

REAL - это не просто сумма битов. В большинстве PLC и SCADA он хранится как 32-битное число IEEE-754 Float32: один бит знака, 8 бит экспоненты и 23 бита мантиссы. Поэтому одинаковые 32 бита можно прочитать как UDINT32 и как REAL, но смысл будет разный.

номер бита	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
часть	MANTISSA
содержание	1/2¹	1/2²	1/2³	1/2⁴	1/2⁵	1/2⁶	1/2⁷	1/2⁸	1/2⁹	1/2¹⁰	1/2¹¹	1/2¹²	1/2¹³	1/2¹⁴	1/2¹⁵	1/2¹⁶
значение бита	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

номер бита	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
часть	MANTISSA							EXPONENT								S
содержание	1/2¹⁷	1/2¹⁸	1/2¹⁹	1/2²⁰	1/2²¹	1/2²²	1/2²³	2⁰	2¹	2²	2³	2⁴	2⁵	2⁶	2⁷	+/-
значение бита	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Формула(-1)^S x 1.M x 2^E-127

МантиссаДробная часть числа. В нормализованном REAL перед ней подразумевается скрытая единица: 1.M.

ЭкспонентаХранится со смещением 127. Если поле экспоненты равно 127, реальная степень равна 0.

Знак0 - положительное число, 1 - отрицательное число.

Что важно в Modbus

Modbus передаёт регистры по 16 бит. Если переменная занимает 32 бита, она лежит в двух регистрах. Для DWORD, DINT32 и REAL важно знать порядок слов: старшее слово первым или младшее слово первым. Если порядок выбран неверно, биты будут те же, но число получится неправильным.

Практика Для быстрых проверок используйте битовый калькулятор: выберите тип, включите нужные биты или вставьте HEX-значение из регистра.

Частые вопросы по битовым переменным

Как понять, какой бит включён в WORD

Разложите значение на степени двойки. Например, если в WORD включён бит 3, его вес равен 2^3 = 8. Несколько включённых битов складываются, поэтому значение 9 означает биты 3 и 0.

Чем signed отличается от unsigned

В unsigned-типе все биты участвуют в положительном числе. В signed-типе старший бит становится битом знака, поэтому тот же набор битов может означать отрицательное значение. Для диагностики важно знать тип из карты устройства.

Почему REAL сложнее WORD и DWORD

REAL хранит число по IEEE-754 Float32: знак, экспоненту и мантиссу. Здесь нельзя просто сложить веса битов как для флагов. Нужно учитывать формулу, порядок слов в Modbus и способ отображения числа в программе.