电子系统实验报告(2)

二． 实验设备及软件开发环境

1. 单片机平台：AVR ATmega128实验开发板；

2. 开发环境平台：AVR Studio 4.18集成开发软件；WinAVR(GCC) 2010 C语言编译器；JTAGICE mkII在线仿真器。

三． 实验的电路原理

矩阵键盘硬件电路连接如图3所示。

图6-1 8 X 2矩阵键盘硬件电路连接图 注：KPD_ROW1和KPD_ROW2分别与ATmega128芯片的PC6和PC7相连。

对于矩阵式键盘，常见的按键扫描方法为行列式扫描方法。行列式按键扫描方法对于按键的侦测过程可分为三步。

第一步：判定是否有按键被按下。对于图3所示的2*8矩阵键盘，理论上判定是否有按键的一种方法为：首先，将2条行线对应的单片机引脚配置为输出，并输出低电平；然后，将8条列线对应的单片机引脚配置为输入，并使能内部上拉电阻；最后，读取8条列线的电平值。此时，若8条列线均为高电平，则判定无按键按下，否则便认为有按键被按下。

第二步：逐行扫描，获取按键的行号。若在第一步中发现有按键被按下，则开始逐行扫描过程。逐行扫描时，被扫描的一条行线输出低电平，剩下一条行线

输出高电平，然后读取8条列线的电平值。此时，若8条列线均为高电平，则说明按键不在此行中，换其它行线继续扫描；否则，按键便位于此行中。

第三步：在有按键被按下的行中逐列扫描，获取按键的列号。当在第二步中确定了按键的行号后，8列线中必定存在一条列线为低电平，则该列线对应的列号即为按键所在的列。

四． 程序运行结果

1.实验任务：

1. 仔细阅读示例程序，了解程序的设计方法，修改示例程序的输出调用函数程序，要求自己设计改用数码管或者LCD屏幕输出结果的输出程序，并在实验系统平台编译、调试、下载验证运行结果正确。

2. 改变方式，使得可以快速读取到按键；如果按键时间超过一定时间，可以连续读取几个按键；可以读取两个同时按下的键。

2.程序运行结果：

按下按键后可以在LCD屏幕上显示所按键代表的16进制数，同时按下两个键还可以显示两个16进制数，长按某一键可以使此键代表的数字重复出现等功能。

五． 实验总结

通过这次试验，我掌握了单片机键盘电路的工作原理；我也学会了使用单片机键盘的控制程序编写；对单片机矩阵键盘扫描程序的设计有进一步的认识，也学习了键盘控制与显示部件的联合应用等知识。 实验过程大体上比较顺利，当然也时常出现各种各样的问题。通过同学和老师的多次帮助，我完成了所有试验指导书上的任务，也完成了老师布置的临时任务，虽然中途出现很多bug，也很多次调试无果，但是最终还是成功做出来结果。我的代码取材于实验指导书，也按照指导书的提示进行修改和完善，其中一定有不足之处，由于能力有限可能尚未察觉或解决。

附录1 实验操作过程记录 1. AVR Studio项目实验过程

[请概要描述一下实验操作过程，包括创建工程、创建C文件、编写代码，编译链接成功、调试代码、烧写（Program）到板子上（USB连接Jtag ICE MKII编程器/仿真器到计算机）和运行测试等。要求图文并茂。 ]

首先启动AVRStudio选择\Project\在\对话框里选择\，单击\旁的按钮，选择工程保存位置，避免路径中有中文，在\里填入工程名test01，把\的钩去除，把\钩上，单击\。在\对话框里选择\mkII\，\里选择\，单击\。菜单File –>New File，建立空白文档，复制程序代码到该文档中。菜单File ->Save，在“Save As”对话框里选择工程保存的路径下工程名命名的文件夹下，你会看到已经有一个test01.aps文件存在了，那是AVRStudio的工程文件。“文件名”里填入主程序文件名，例如“beep.c”，保存。在\工程管理窗格内的\上单击右键，右键菜单里选择\，在\里选择刚刚建立的beep.c文件。会看到工程管理窗格内的\下多了个beep.c文件。菜单Project->ConfigurationOptions，在\下（默认就是），确认\没有钩上，\填入频率“8000000”，\选择\（-O0是无优化编译选项，-O1, -O2, -O3是不同的速度优化编译选项，而-Os是空间优化编译选项），确认\已经钩上，然后单击确定启动AVR Studio集成开发环境，进入AVR的编程界面。操作部分过程如下图所示：

2. AVR Studio程序调试过程

调试需要首先点击图中的“启动调试（Starting Debugging）”按钮。点击“编程按钮”组中的第二个按钮（显示为AVR字样），或菜单Tools -> Program AVR -> Auto Connect，把“JTAGICE mkII编程”对话框显示出来，并关闭它。AVR Studio会进入调试，MCU运行在main函数的第一条语句处停住。等待程序员的调试操作。从绿色箭头按钮（开始调试）开始，蓝色方按钮是“停止调试”，其它按钮

依次是运行（F5）、暂停（Ctrl-F5）、重启（Shift-F5）、显示下一语句、单步进入（F11）、单步一语句（F10）、单步跳出函数（Shift-F11）、运行到光标所在行（Ctrl-F10）等。下一个红色的圆按钮是“设置和取消断点”（快捷键F9）。右面的按钮是显示（或取消显示）Watch、寄存器、内存和汇编代码等。单步运行（F10）。单步运行如图3-15。黄色箭头是当前MCU所在代码行（还未运行该行代码）。图中代码从“LED_Init(); ”行单步运行到了“i = 0;”行。我们还可以设置断点：在前面，我们认识了常见的调试按钮。找到那个“设置和取消断点”（快捷键F9）红色按钮。比如当前运行到了“i=0;”行，设置断点到“PORTB = ~led_sel;”，则下一步按键F5运行，MCU就会运行到断点行停住。AVR Studio在调试中可以观察ATMega128的寄存器、IO端口、内存、变量等信息。上面两个图是IO端口的信息。上左是PORTC的信息，点击PORTB时，下面会显示详细的DDRB、PINB和PORTB的内容。因为当前行还没运行，所以PORTB保持为0xFF没变。IO端口的信息对ATMega128的编程调试非常有用。下面是变量信息，可以看到led_sel的值刚刚变为1（红色），而i的值保持为0不变（黑色）。

有的时候调试中还会出现各种情况，如果指令有优化（不是-O0编译选项），有些变量会无法watch，并且实际执行指令次序和语句对应关系是“乱的”，会造成调试的困难。所以建议调试前把编译优化选项去掉重新编译。部分调试过程图解如下所示：

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