基于Atmega16的GPIO实验（以流水灯为例）

一、实验目的

1. 掌握AVR单片机开发平台的搭建方法。

2. 掌握GPIO的编程方法。

二、实验内容

1. 验证课堂例题

编译下载运行课堂例题——“LED流水灯”和“按键控制LED亮灭”，查看运行结果。

2. 设计程序

参考上述例题的编程思路，在图1-1所示电路中实现“按键控制流水灯样式”的程序编写与调试。

具体要求如下：

（1）初始状态下，所有LED灯点亮；

（2）K1为启/停键，按下后控制LED流水灯按照当前指定样式运行或停止；

（3）K2为流水灯样式选择键，分两种样式，默认为样式1。每次按下K2当前样式立即转变。

样式1：每次仅一个LED熄灭，熄灭LED从L0至L7转移，如此循环运行。

样式2：每次仅一个LED熄灭，熄灭LED从L7至L0转移，如此循环运行。

在设计报告中，需进行总体设计思路描述，给出所涉及到的主程序、中断程序、关键功能子函数的流程图和设计代码。描述程序调试结果及出现的问题。

图1-1 实验电路图

3. 实验结果

（1）描述所设计程序（“按键控制流水灯样式”）的总体设计思路

在不使用中断的前提下，为了实现LED的两种流水效果，按题目要求，两个按键，可以呈现（开，开）（开，关）（关，开）（关，关）四种状态，两种流水模式分别对应两种状态，暂停情况对应剩余两种状态，通过扫描按键状态的变化来确定下一时刻的工作模式，检测到按键变化时跳出当前状态进入下一轮扫描来达到题目要求。

根据所设计的程序顶层结构，对主函数、中断函数、关键功能子函数的设计思路进行简单描述，并给出各函数的流程图

程序主要分为：主函数，初始化函数，流水模式函数，暂停函数，按键扫描函数，状态查询函数。

在IO口初始化函数中，将PORTB口全部设设置为输出模式来控制流水灯的亮灭；将PA2设置为输出模式来控制三极管的开关；将PD2,3设置为输入模式并使能上拉电阻，配合按键来实现状态转换。

在流水模式函数中，通过for循环搭配左移和右移命令实现正向流水以及反向流水。

在暂停函数中，通过按键状态进入死循环，直至按键状态再次发生变化时跳出死循环以此实现暂停的目的。

在判断函数中，通过扫描两个按键的标志位的变化，以此判断按键所对应的状态。（开，开）状态3；（开，关）状态2；（关，关）状态0；（关，开）状态1；

图1-2-2 判断函数流程图

在主函数中，首先调用初始化函数并将PA口全部置于低电平即满足于题目要求默认全亮；之后判断按键1是否按下，按下后进入流水模式；之后开始扫描按键状态，通过状态确定运行模式，即：状态2正向流水；状态3反向流水；状态1暂停；状态0暂停；且每次按键发生变化时跳出当前模式并重新扫描。

主函数流程图如下图所示

图1-2-3 实验流程图

实验代码：

#include <iom16v.h>
#include <macros.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned intunsigned int flag1=0;   //定义按键状态标志位1
unsigned int flag2=0;   //定义按键模式标志位2
unsigned int i,state;   //定义计数变量和模式变量void delay(unsigned int ms)   //定义延时函数
{unsigned int p,q;for(p=0;p<ms;p++){for(q=0;q<1141;q++);if(PIND!=0xff)break;}
}   void Init(void)               //IO初始化函数
{  DDRA|=BIT(2);             //PA2设置为输出PORTA&=~BIT(2);           //PA2输出低电平导通三极管DDRB=0xFF;                //PB设置为输出模式DDRD = 0x00;             //配置PD输入模式PORTD = 0xFF;            //配置PD上拉电阻
}void LED_1(void)       //流水模式1：每次仅一个LED熄灭，熄灭LED从L0至L7转移，如此循环运行
{uchar i,temp;DDRB=0xFF;temp=0x01;for(i=0;i<8;i++){PORTB=temp;temp<<=1;delay(30);                    //每次流水延时时间if(PIND==0B11111110)break;    //检测按键1:如果按下则跳出循环if(PIND==0B11111101)break;    //检测按键2:如果按下则跳出循环}
}void LED_2(void)       //流水模式2：每次仅一个LED熄灭，熄灭LED从L7至L0转移，如此循环运行
{uchar i,temp;DDRB=0xFF;temp=0x80;for(i=0;i<8;i++){PORTB=temp;temp>>=1;delay(30);                     //每次流水延时时间if(PIND==0B11111110)break;     //检测按键1:如果按下则跳出循环if(PIND==0B11111101)break;     //检测按键2:如果按下则跳出循环                                                           }}void suspend(void)                      //定义暂停函数
{while(flag1==0)                      //当开关1为打开状态时，死循环以暂停{if(PIND==0B11111110)break;       //当开关1再次按下时跳出循环}
}void key_scan1(void)                    //定义按键1扫描函数
{if(PIND==0B11111110)                //检测按键1是否被按下{  delay(10);                        //延时消抖                  flag1=~flag1 ;                    //按键1标志位取反}while(PIND==0B11111110);              //判断按键1松开
}void key_scan2(void)                    //定义按键1扫描函数
{if(PIND==0B11111101)                 //检测按键1是否被按下{  delay(10);                       //延时消抖flag2=~flag2;                    //按键2标志位取反}while(PIND==0B11111101);              //判断按键1松开
}void key_state(void)                    //判断状态函数
{key_scan1();                         //扫描按键1key_scan2();                         //扫描按键2if(flag1==0){ if(flag2==0)                         state=0;                         //如果两个按键标志位分别为0，0，则为模式0elsestate=1;                         //如果两个按键标志位分别为0，1，则为模式1}else { if(flag2==0)state=2;                         //如果两个按键标志位分别为1，0，则为模式2elsestate=3;                         //如果两个按键标志位分别为1，1，则为模式1}
}void main(void)                         //主函数
{  Init();                              //执行初始化程序while(flag1==0)                      //当按键1未被按下，即初始状态，按键1被按下时，进入主循环{ PORTB=0x00;                       //低电平，点亮所有LEDkey_scan1();                      //扫描按键1key_scan2();                      //扫描按键2}while(1)                             //主循环 {key_state();                       //判断下一时刻状态模式if(state==0)                       //如果为模式0，即开关1被断开suspend();                        //调用暂停函数else if(state==1)                  //如果为模式1，即开关1被断开suspend();                        //调用暂停函数else if(state==2)                  //如果为模式2，即开关1被闭合，且开关2断开LED_1();                           //调用流水模式1，即每次仅一个LED熄灭，熄灭LED从L0至L7转移，如此循环运行else                               //如果为模式2，即开关1被闭合，且开关2闭合LED_2();                           //调用流水模式2，即每次仅一个LED熄灭，熄灭LED从L7至L0转移，如此循环运行}
}

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