応用情報技術者 2021年 秋期 午前2 問23

ビット演算によるピン制御【午前2解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 現在のポート出力値を読み出す（読み出し可能である条件が満たされているため実行可能）。
2. 読み出した値に対してビット3だけを1にするマスク $0x08$ を論理和（OR）で合成する： new = old | 0x08。
3. 合成した値をポートに書き込む。これでLED1が点灯し、LED2 のビット6は書き換えられない。

uint8_t v = GPIO_PORT;   // ポート読み出し
v |= 0x08;               // ビット3を1にする
GPIO_PORT = v;           // ポートへ書き戻し

選択肢別の誤答解説

• ア: 汎用入出力ポートから読み出した値と16進数の 08 との論理積
  • AND演算（論理積）で $0x08$ と演算すると、ビット3以外は0にされるため、元の他ビットの状態が失われるかもしれません。また、AND はビットを1にすることはできないため、元々ビット3が0ならLED1を点灯できません。よって不適切です。
• イ: 汎用入出力ポートから読み出した値と16進数の 08 との論理和
  • 正答。上記の通り、OR によってビット3だけを確実に1にし、他ビット（ビット6＝LED2 を含む）はそのままにできます。
• ウ: 汎用入出力ポートから読み出した値と16進数の48との論理積
  • $0x48$ は $0b01001000$（=ビット6とビット3が1）です。AND（論理積）でこれを使うと、ビット6とビット3以外が0になり、元の他ビットの情報が失われます。さらに AND は 0 を 1 に変えることはできないため、元々ビット3が0であればLED1は点灯しません。したがって目的を満たしません。
• エ: 汎用入出力ポートから読み出した値と16進数の48との論理和
  • OR で $0x48$ を使うと、ビット3だけでなくビット6も強制的に1にされます（$0x48=0b01001000$ のため）。元々のLED2（ビット6）の状態が0だった場合にそれを1にしてしまい、LED2 の状態を変えてしまう可能性があるため不適切です。

よくある誤解

• 「AND（論理積）でマスクすれば目的のビットだけ取り出せる」
  • AND は取り出し（抽出）には使えるが、0 を 1 にすることはできないため「確実に点灯させる」目的には使えません。点灯（ビットを1にする）には OR を使います。
• 「どのビットがどの値かは16進数の桁で誤解しやすい」
  • 16進数のビット対応を正確に把握すること。例：$0x08=0b00001000$ はビット3、$0x40=0b01000000$ はビット6、$0x48=0x40+0x08=0b01001000$ はビット6と3が1です。

補足コラム

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