01 - 实验一 熟悉实验开发环境及GPIO编程-161012 - 图文

实验一熟悉实验开发环境及I/O编程

一、实验目的

（1）掌握KDS集成开发环境的使用方法。 （2）掌握开发工具的安装与配置。 （3）掌握程序调试方法

（4）了解MCU最小系统和实验仪器的测试方法。 （5）熟悉MCU的第一个C程序框架结构。

（6）掌握GPIO口的编程方法、编写拨码开关构件驱动程序。 （7）掌握在程序框架工程中添加新模块的方法。

二、实验准备

（1）硬件部分：PC机或笔记本电脑，一台；开发套件或实验箱，一套。

（2）软件部分：从NXP网站下载KDS开发环境，从苏州大学嵌入式学习社区网站http://sumcu.suda.edu.cn的“教学与培训”栏目中，下载本书的《嵌入式技术基础与实践（第4版）》的网上光盘。

（3）在认真学习教材4.1~4.5基础上，仔细阅读下面的实验要求，做好实验准备。

三、实验要求

1．验证性实验

1）KDS集成开发环境安装与使用

根据附录A进行KDS集成开发环境的下载、安装，熟悉KDS集成开发环境。 2）开发工具的安装与配置

根据附录B将光盘中的工具进行安装与设置。 3）程序的调试运行

（1）在光盘资料中SD-KL-CD提供读者小灯闪烁实例ch04-Light文件夹中的Simple程序主要实现PTB口的9号引脚连接的蓝色小灯，通过MCU控制小灯，亮，接着延时一段时间，然后灭，接着延时一段时间，放在主循环中，则形成闪烁的效果，通过KDS环境的调试按钮将光盘中的Simple程序下载至目标板，利用F6进行程序的跟踪运行，观察目标板上的小灯亮暗情况。

（2）修改main.c程序中if (mRuncount>=5)为if (mRuncount>=2)，重新编译下载，请在单步调试的过程中在调试界面的Variables 查看mRuncount变量的变化情况。

（3）在光盘资料中SD-KL-CD提供读者小灯闪烁实例ch04-Light文件夹中的Component程序采用构件化规范要求编写，把对GPIO模块的操作独立为一个驱动构件，如C语言中，形成gpio.h头文件和gpio.c源文件。将对发光二极管控制独立成一个应用构件，形成light.h头文件和light.c源文件。头文件对小灯的所用端口寄存器或引脚进行宏定义以及初始化函数和驱动函数声明。源文件对初始化函数和驱动函数进行定义。主要实现开发板上的红，蓝，绿三色等交替闪烁。将光盘中的Component程序下载至目标板，观察目标板上的小灯亮暗情况。

2．设计性实验

（1）在光盘资料中SD-KL-CD提供读者小灯闪烁实例ch04-Light文件夹中的Component程序提供了一个构件化的程序框架，利用构件化实现开发板上的红、蓝、绿及组合颜色交替闪烁。LED三色灯电路原理图如图1-1所示。请在该框架下实现程序的编写，利用三色灯完成利用不同颜色LED灯形成一种流水灯的显示效果。

请在实验报告中给出MCU端程序main.c流程图和程序语句。 图1-1 LED三色灯电路原理图

（2）使用GPIO模块寄存器直接控制法和构件法实现：实验箱上某个端口的一个引脚连接调试小灯，一个引脚连接拨码开关（也可以是另一个端口的引脚），通过拨码开关开合通过MCU控制调试小灯亮暗。（没有实验箱，只有核心板开发套件情况，可利用导线将端口引脚接VCC表示开关一种状态，接GND表示开关的另一种状态，下同）

将SD-FSL-实验箱上的核心板的扩展端口与调试小灯模块和拨码开关进行连线，与拨码开关连接的端口作为输入，与调试小灯模块连接的端口作为输出。具体电路请参见附录D中的附录C.1开发板对外接口电路、附录D.1与核心板接口、附录D.4调试小灯模块、附录D.5拨码开关等相关章节说明。请在实验报告中写出调试小灯和拨码开关连接的硬件资源使用情况，拨码开关通过MCU控制调试小灯，拨码开关向上拨，调试小灯亮，拨码开关向下拨，调试小灯暗，放在主循环中，则形成拨码开关随时开，调试小灯随时亮的效果。

请在实验报告中分别给出直接控制法实现的MCU端程序main.c流程图和程序语句。给出构件法实现的MCU端程序main.c和开关构件程序（key.c，key.h）流程图和程序语句。

3．进阶实验★

（1）在光盘资料中SD-KL-CD提供读者小灯闪烁实例ch04-Light文件夹中的Component程序提供了一个构件化的程序框架，主要实现开发板上的红，蓝，绿三色灯的交替闪烁。请读者自行学习了解交通灯的工作原理，请在该框架下实现程序的编写，利用三色灯实现模拟路口交通灯的显示效果。

请在实验报告中给出MCU端程序main.c流程图和程序语句。

（2）使用GPIO模块构件法实现：在有实验箱条件下，将实验箱上核心板的八个GPIO引脚连接八个调试小灯，四个GPIO引脚连接四个拨码开关，通过四个拨码开关状态组合来控制八个调试小灯实现不同的流水灯显示。将SD-FSL-实验箱上的核心板的扩展端口与八个调试小灯模块和四个拨码开关进行连线，与拨码开关连接的端口作为输入，与调试小灯模块连接的端口作为输出。请在实验报告中写出八个调试小灯模块和四个拨码开关连接的硬件资源使用情况，通过四个拨码开关状态组合来控制八个调试小灯实现不同的流水灯显示。

请在实验报告中分别给出构件法实现的MCU端程序main.c流程图和程序语句。

（3）在有实验箱条件下，根据外部拨码开关的开关闭合状态，请利用KDS的调试跟踪

功能详细分析GPIO构件的gpio.c中的uint_8 gpio_get(uint_16 port_pin)函数中的返回值的变化情况，并分析其实现的原理和方法。请自行设计一个类似功能的函数实现获取GPIO引脚电平变化的构件函数。

（4）详细分析GPIO构件的gpio.c中的void gpio_reverse(uint_16 port_pin)函数的功能，请自行设计不使用GPIO_PTOR_REG“输出反转寄存器”实现“反转指定GPIO引脚输出状态”相同功能的构件函数。

请在实验报告中给出构件函数实现语句。

四、注意事项

（1）实验前应该首先确认所使用硬件设备的正常与否。MCU最小系统的测试、小灯测试方法如附录C所述，否则，将难以确认问题所在。

（2）送电实验前，先将所编写的程序编译后，下载至MCU中，接着将所需部件和导线连接至实验箱中，然后送电。注意：不要带电操作。

（3）本实验开发系统的小灯亮暗采用正逻辑控制方式。即小灯亮需要高电平，暗需要低电平。

（4）本实验开发系统的开关向上拨是低电平，向下拨是高电平。

五、实验思考题

（1）请说出KDS在跟踪调试中，按键F5和F6的区别？

（2）请说出Simple程序的主程序main.c中mRuncount变量的作用？

（3）请说出Simple程序全速运行状态下，请问mRuncount变量大于多少值时，可以观察到蓝灯的亮暗变化？

（4）三色灯最多可以实现几种不同颜色LED灯的显示？ （5）请修改程序，改用不同的端口和不同引脚连接小灯，其他程序不改变，观察效果。 （6）请修改程序，采用与实验要求相反逻辑，即开关向下拨，使小灯亮，开关向上拨，使小灯暗，其他不改变，观察效果。

（7）四个拨码开关单独接到四个GPIO引脚上，最多可以有多少种状态组合？ （8）将调试小灯改成蜂鸣器或者继电器，观察实验效果。

（9）如果将设计性实验中的调试小灯改为220V的大灯，拨码开关改为24V的接近开关，请思考硬件电路如何实现，程序是否需要修改？

附录A KDS集成开发环境简明使用方法

A.1KDS下载、安装与配置 A.1.1 KDS的下载与安装

KDS（Kinetis Design Studio）是NXP于2014年开始推出的面向ARM Cortex-M内核的Kinetis系列微控制器的嵌入式集成开发环境，下载的安装文件为“KDS-v3.0.0.exe”（更新日期为2015年5月6日），安装包大小为658MB。KDS具有编辑、编译、下载程序、调试等功能。KDS下载地址为：https://nxp.flexnetoperations.com/control/frse/product?child_plneID=697127。KDS支持的操作系统有：Windows 7/8 （32 and 64-bit）及Linux（Ubuntu、Redhat、Centos）。在WindowsXP系统下也能安装，但可能会出现意想不到的问题，一般推荐在Windows7系统下安装KDS。

安装方法：运行KDS安装文件“Kinetis Design Studio installer for Microsoft Windows 3.0.0.exe”，根据提示安装即可。

运行KDS安装文件，安装界面见图A-1所示：

图A-1 KDS安装界面

选择KDS安装路径及调试端口：调试接口选择全部安装（默认设置），更改KDS目录点击Browse。后续的安装只要根据提示进行操作即可。

KDS安装路径及调试端口选择见图A-2所示：

图A-2 KDS安装路径及调试端口选择

KDS安装好后，根据用户使用的写入器型号，再安装有关写入器驱动软件。

A.1.2 KDS的配置

1．增加.hex和.map文件

KDS在编译过程中默认建立.elf文件，如果需要增加.hex和.map文件，选中工程，点击菜单栏中Project->Properties进入工程属性设置，进入C/C++Build-->Settings-->Toolchains选项卡，勾选Create flash image及Create extended listing，点击OK。此时工程在编译过程中就会在DEBUG中出现.hex和.map文件。具体操作见图A-3所示。

图A-3Toolchains所在位置图

设置Create flash image及Create extended listing，见图A-4所示。

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