4.2 移位与循环指令

本节将介绍PLC的移位和循环操作指令

学习目标

掌握移位指令的类型和用法
理解逻辑移位与算术移位的区别
能够灵活运用移位指令

1. 移位指令概述

1.1 什么是移位操作

移位操作是将数据的所有位向左或向右移动指定位数的操作。

移位操作示意图：

原始数据：    [1][0][1][1][0][0][1][0]
                ↓  左移2位
移位后：      [1][1][0][0][1][0][0][0]
                      ↑↑
                   补0（左移右侧补0）

原始数据：    [1][0][1][1][0][0][1][0]
                ↓  右移2位
移位后：      [0][0][1][0][1][1][0][0]
               ↑↑
            补0（逻辑右移左侧补0）

1.2 移位指令分类

移位指令类型：

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│                    移位指令                          │
├────────────────┬────────────────┬───────────────────┤
│   逻辑移位      │   算术移位      │   循环移位        │
├────────────────┼────────────────┼───────────────────┤
│ · SHL 逻辑左移 │ · 保留符号位    │ · ROL 循环左移   │
│ · SHR 逻辑右移 │ · 右移时高位    │ · ROR 循环右移   │
│ · 补0          │   补符号位      │ · 移出位回到另端 │
└────────────────┴────────────────┴───────────────────┘

1.3 移位指令通用格式

功能	通用指令	说明
逻辑左移	SHL	右侧补0
逻辑右移	SHR	左侧补0
循环左移	ROL	移出位回右侧
循环右移	ROR	移出位回左侧
位移位寄存器	SFTR/SFTL	位元件批量移位

2. 左移指令（SHL）

2.1 逻辑左移原理

逻辑左移（SHL）原理：

所有位向左移动，右侧补0，左侧移出的位丢弃

示例：左移2位
Before: [1][0][1][1][0][1][0][0] = 0xB4 (180)
         ↓
After:  [1][1][0][1][0][0][0][0] = 0xD0 (208)
         └─┬─┘            ↑↑
         丢弃            补0

数学意义：左移n位 ≈ 乘以2ⁿ
180 × 4 = 720（但结果溢出，实际为208）

2.2 左移指令梯形图

【梯形图】
              ┌──────────┐
   条件 ─────┤   SHL    │
              │          │
   数据 ─────┤IN    OUT ├───── 结果
   移位数 ───┤N         │
              └──────────┘

【逻辑表达】
结果 := SHL(数据, 移位数);
// 或
结果 := 数据 SHL 移位数;

【数据类型】
· 16位字左移
· 32位双字左移

2.3 位元件左移指令

位元件批量左移（SFTL）：

【梯形图】
       条件               源    目标   位数   长度
    ───┤├───────[SFTL 源 目标 位数 长度]───

【参数说明】
· 源：移入数据源
· 目标：移位区起始
· 位数：每次移位位数
· 长度：移位区总长度

【工作过程】
移位区数据向左移动，右侧移入新数据

3. 右移指令（SHR）

3.1 逻辑右移原理

逻辑右移（SHR）原理：

所有位向右移动，左侧补0，右侧移出的位丢弃

示例：右移2位
Before: [1][0][1][1][0][1][0][0] = 0xB4 (180)
         ↓
After:  [0][0][1][0][1][1][0][1] = 0x2D (45)
        ↑↑            └─┬─┘
       补0            丢弃

数学意义：右移n位 ≈ 除以2ⁿ
180 ÷ 4 = 45

3.2 算术右移

算术右移（SAR）原理：

右移时保留符号位（最高位）

示例：算术右移2位（有符号数-76）
Before: [1][0][1][1][0][1][0][0] = 0xB4 (-76有符号)
         ↓
After:  [1][1][1][0][1][1][0][1] = 0xED (-19有符号)
        ↑↑              └─┬─┘
      补符号位          丢弃

数学意义：-76 ÷ 4 = -19
保持负数特性

3.3 右移指令梯形图

【梯形图】
              ┌──────────┐
   条件 ─────┤   SHR    │
              │          │
   数据 ─────┤IN    OUT ├───── 结果
   移位数 ───┤N         │
              └──────────┘

【逻辑表达】
结果 := SHR(数据, 移位数);
// 或
结果 := 数据 SHR 移位数;

【数据类型】
· 16位字右移（逻辑）
· 32位双字右移

3.4 位元件右移指令

位元件批量右移（SFTR）：

【梯形图】
       条件               源    目标   位数   长度
    ───┤├───────[SFTR 源 目标 位数 长度]───

【参数说明】
· 源：移入数据源
· 目标：移位区起始
· 位数：每次移位位数
· 长度：移位区总长度

【工作过程】
移位区向右移动，左侧移入新数据

4. 循环移位指令（ROL/ROR）

4.1 循环左移（ROL）

循环左移原理：

左侧移出的位回到右侧，形成循环

示例：循环左移2位
Before: [1][0][1][1][0][1][0][0]
         ↓
After:  [1][1][0][1][0][0][1][0]
                          ↑↑
                    从左侧移出的位

移出的[1][0]回到了右侧

4.2 循环右移（ROR）

循环右移原理：

右侧移出的位回到左侧，形成循环

示例：循环右移3位
Before: [1][0][1][1][0][1][0][0]
         ↓
After:  [1][0][0][1][0][1][1][0]
        ↑↑↑
   从右侧移出的[1][0][0]

移出的位回到了左侧

4.3 循环移位指令梯形图

【梯形图】
              ┌──────────┐
   条件 ─────┤   ROL    │
              │          │
   数据 ─────┤IN    OUT ├───── 结果
   移位数 ───┤N         │
              └──────────┘

【逻辑表达】
// 循环左移
结果 := ROL(数据, 移位数);

// 循环右移
结果 := ROR(数据, 移位数);

【特点】
· 不丢失任何位
· 适合位图循环显示
· 适合密钥轮换等应用

5. 字移位指令

5.1 字移位指令

字右移（WSFR）：

       条件
    ───┤├───────[WSFR 源 目标 长度]───

· 源：移入数据
· 目标：移位区起始
· 长度：移位区长度（字数）

工作原理：
Before: 目标[0]=A, 目标[1]=B, 目标[2]=C, 目标[3]=D, 目标[4]=E
移位后: 目标[0]=源, 目标[1]=A, 目标[2]=B, 目标[3]=C, 目标[4]=D
                              E被移出丢弃

5.2 FIFO/LIFO操作

FIFO（先进先出）队列：

【入队指令】
       条件
    ───┤├───────[SFWR 数据 队列 容量]───  // 数据入队

【出队指令】
       条件
    ───┤├───────[SFRD 队列 目标 容量]───  // 从队列出队

队列结构：
队列[0] = 当前元素个数
队列[1..n] = 数据区

说明：
· FIFO：先入先出，适合排队处理
· LIFO：后入先出，适合堆栈操作

6. 移位寄存器应用

6.1 步进控制

移位寄存器实现步进控制：

需求：控制8个工位依次动作

       节拍信号               移入   步进   位数   长度
    ───┤P├──────[SFTL 1 步进区 位数 长度]───

· 每次节拍信号脉冲，步进区中的1向左移动一位
· 步进区[0]=1→步进区[1]=1→...→步进区[7]=1

输出控制：
       步进区[0]
    ───┤├───────( 工位1 )───

       步进区[1]
    ───┤├───────( 工位2 )───
    ...
       步进区[7]
    ───┤├───────( 工位8 )───

6.2 产品跟踪

应用：传送带产品跟踪

传感器检测产品，跟踪产品在传送带上的位置

       节拍脉冲               入口检测  跟踪区  位数   长度
    ───┤├───────[SFTL 入口检测 跟踪区 位数 长度]───

· 节拍脉冲：传送带节拍信号（如编码器脉冲）
· 入口检测：入口检测（有产品=1）
· 跟踪区：跟踪区域（20个位置）

当跟踪区[10]=1时，表示产品到达位置10
       跟踪区[10]
    ───┤├───────( 位置10动作 )──

6.3 流水灯效果

流水灯程序：

方法1：循环移位

       秒脉冲              数据   移位数
    ───┤├───────[ROL 数据 1 数据]───

       始终
    ───┤├───────[MOV 数据 输出组]───

· 秒脉冲：1秒时钟脉冲
· 数据初始值=1
· 每秒循环左移1位
· 输出到LED组

方法2：表格循环
       秒脉冲
    ───┤P├──────[INC 索引]───
               [索引 > 7]────[MOV 0 索引]───

       始终
    ───┤├───────[SHL 1 索引 输出]───

效果：LED0→LED1→LED2→...→LED7→LED0 循环

7. 移位运算技巧

7.1 乘除法替代

用移位代替乘除法（效率更高）：

乘法：
· X × 2  = X SHL 1
· X × 4  = X SHL 2
· X × 8  = X SHL 3
· X × 2ⁿ = X SHL n

除法：
· X ÷ 2  = X SHR 1
· X ÷ 4  = X SHR 2
· X ÷ 8  = X SHR 3
· X ÷ 2ⁿ = X SHR n

示例：X × 10 = X × 8 + X × 2 = (X SHL 3) + (X SHL 1)

7.2 位提取

提取特定位：

提取第n位的值：
结果 = (数据 SHR n) AND 1

【梯形图】提取数据第5位
       始终
    ───┤├───────[SHR 数据 5 中间值]───
               [AND 中间值 1 结果]───

结果 = 数据的第5位值（0或1）

7.3 位设置/清除

设置特定位为1：
数据 = 数据 OR (1 SHL n)

清除特定位为0：
数据 = 数据 AND (NOT (1 SHL n))

翻转特定位：
数据 = 数据 XOR (1 SHL n)

【梯形图】设置数据第3位为1
       始终
    ───┤├───────[SHL 1 3 掩码]───    // 掩码 = 0x08
               [OR 数据 掩码 数据]───  // 数据第3位置1

8. 应用实例

8.1 信号灯循环控制

需求：8个信号灯循环点亮

程序：
// 初始化
       首次扫描                         // 首次扫描标志
    ───┤├───────[MOV 1 数据]───       // 数据 = 0x0001

// 定时移位
       定时器
    ───┤├───────[ROL 数据 1 数据]───    // 循环左移

// 定时器（500ms）
       始终          定时器
    ───┤├─────────┤/├─────[OUT 定时器 500ms]───

// 输出
       始终
    ───┤├───────[MOV 数据 输出组]───     // 输出到LED组

效果：LED0→LED1→LED2→...→LED7→LED0 循环

8.2 数据加密（简单异或+移位）

简单加密算法：

加密：
1. 与密钥异或
2. 循环左移3位

解密：
1. 循环右移3位
2. 与密钥异或

【加密梯形图】
       加密按钮
    ───┤├───────[XOR 明文 密钥 中间值]───  // 异或
               [ROL 中间值 3 密文]───       // 循环左移

【解密梯形图】
       解密按钮
    ───┤├───────[ROR 密文 3 中间值]───      // 循环右移
               [XOR 中间值 密钥 明文]───    // 异或还原

8.3 串行数据接收

移位寄存器接收串行数据：

       数据输入                              // 数据输入
    ───┤├───────[MOV 数据输入 接收位]───

       时钟脉冲                              // 时钟脉冲
    ───┤P├──────[SFTL 接收位 数据区 1 16]──

每个时钟脉冲：
· 读取数据输入状态到接收位
· 数据区左移1位
· 接收位移入数据区

16个脉冲后，数据区存储16位串行数据

本节小结

移位指令要点：

┌────────────────────────────────────────────────────┐
│  逻辑移位                                          │
│  · SHL左移：右侧补0                               │
│  · SHR右移：左侧补0                               │
│  · 移出的位丢弃                                   │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│  算术移位                                          │
│  · 右移时保留符号位                               │
│  · 用于有符号数除法                               │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│  循环移位                                          │
│  · ROL/ROR：移出位回到另一端                      │
│  · 不丢失数据，适合循环显示                       │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│  应用技巧                                          │
│  · 移位代替乘除（×2ⁿ/÷2ⁿ）                       │
│  · 位提取/设置/清除                               │
│  · 步进控制、产品跟踪                             │
└────────────────────────────────────────────────────┘

练习题

说明逻辑右移和算术右移的区别。
编写程序实现8个LED灯的流水效果。
如何用移位指令实现乘以10的运算？
设计一个移位寄存器实现5工位步进控制。

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4.2 移位与循环指令 ​

学习目标 ​

1. 移位指令概述 ​

1.1 什么是移位操作 ​

1.2 移位指令分类 ​

1.3 移位指令通用格式 ​

2. 左移指令（SHL） ​

2.1 逻辑左移原理 ​

2.2 左移指令梯形图 ​

2.3 位元件左移指令 ​

3. 右移指令（SHR） ​

3.1 逻辑右移原理 ​

3.2 算术右移 ​

3.3 右移指令梯形图 ​

3.4 位元件右移指令 ​

4. 循环移位指令（ROL/ROR） ​

4.1 循环左移（ROL） ​

4.2 循环右移（ROR） ​

4.3 循环移位指令梯形图 ​

5. 字移位指令 ​

5.1 字移位指令 ​

5.2 FIFO/LIFO操作 ​

6. 移位寄存器应用 ​

6.1 步进控制 ​

6.2 产品跟踪 ​

6.3 流水灯效果 ​

7. 移位运算技巧 ​

7.1 乘除法替代 ​

7.2 位提取 ​

7.3 位设置/清除 ​

8. 应用实例 ​

8.1 信号灯循环控制 ​

8.2 数据加密（简单异或+移位） ​

8.3 串行数据接收 ​

本节小结 ​

练习题 ​

4.2 移位与循环指令

学习目标

1. 移位指令概述

1.1 什么是移位操作

1.2 移位指令分类

1.3 移位指令通用格式

2. 左移指令（SHL）

2.1 逻辑左移原理

2.2 左移指令梯形图

2.3 位元件左移指令

3. 右移指令（SHR）

3.1 逻辑右移原理

3.2 算术右移

3.3 右移指令梯形图

3.4 位元件右移指令

4. 循环移位指令（ROL/ROR）

4.1 循环左移（ROL）

4.2 循环右移（ROR）

4.3 循环移位指令梯形图

5. 字移位指令

5.1 字移位指令

5.2 FIFO/LIFO操作

6. 移位寄存器应用

6.1 步进控制

6.2 产品跟踪

6.3 流水灯效果

7. 移位运算技巧

7.1 乘除法替代

7.2 位提取

7.3 位设置/清除

8. 应用实例

8.1 信号灯循环控制

8.2 数据加密（简单异或+移位）

8.3 串行数据接收

本节小结

练习题