基于AVR單片機(jī)的高精度頻率調(diào)節(jié)器設(shè)計

　　3 輸入設(shè)備與輸出設(shè)備

　　3.1 鍵盤輸入設(shè)備與相應(yīng)軟件

　　本設(shè)計采用了4×4鍵盤作為頻率輸入設(shè)備。由于按鍵個數(shù)少，只有16個，需要表示從1Hz — 10MHz的廣泛頻率，故在軟件設(shè)計中采用了AVR單片機(jī)掃描方式。將端口A的8根I/O引腳全部作為掃描鍵盤使用。鍵盤定義除了0——9共10個數(shù)字之外，還定義了“退格”鍵、“全刪”鍵、“輸入”鍵、“+1Hz”鍵和“-1Hz”鍵，這樣就可以極大地方便用戶隨時修改頻率和微調(diào)頻率。讀入用戶輸入的頻率值時，采用了延時防抖抗干擾的軟件程序。掃描變量的初始值設(shè)置為0xFE，以低電平0依次變化實(shí)現(xiàn)掃描。本單片機(jī)鍵盤掃描的C代碼如下所示：

　　sccode=0xFE;/*every scan initiative value，11111110*/

　　while（sccode！=0xEF）/*sccode is not 11101111，follow;or return 0*/

　　{

　　PORTA=sccode;/*send scan code 11111110 to portA*/

　　PORTA=sccode;/*send scan code 11111110 to portA*/

　　if（（PINA0xF0）！=0xF0）/*read portA，if high 4 bits are not 1111，key pressed in this line*/

　　{

　　recode=（PINA0xF0）|0x0F;/*portA high 4 bits reserved，low 4 bits are 1111*/

　　while（（PINA0xF0）！=0xF0）

　　{};

　　/*read portA，if portA high 4 bits are not 1111，key pressed，

　　if key pressed，we must wait，wait for key released*/

　　return（（~sccode）+（~recode））;/*return row+column*/

　　}

　　else

　　{

　　sccode=（sccode1）|0x01;

　　/*scan code left shift 1 bit， add 1 to right，11111101*/

　　}

　　}

　　最終返回的掃描結(jié)果包括按鍵所在的行值和列值。判斷步驟是：先將端口A的高4比特記錄在掃描變量recode中，低4比特置為1111。再次讀入端口A的高4比特，由此判斷按鍵是否松開。用戶還未松開按鍵時，高4比特當(dāng)中有低電平0存在，此時只能循環(huán)等待。只有當(dāng)用戶松開按鍵之后，才將高4比特與低4比特進(jìn)行按位反操作，并復(fù)合形成最終返回的掃描結(jié)果。如果沒有檢測到有按鍵按下，則將掃描變量sccode向左移位1比特，繼續(xù)進(jìn)行下一次掃描。

　　3.2 液晶顯示模塊

　　用戶在多次進(jìn)行輸入頻率以及“+1Hz”和“-1Hz”微調(diào)后，專注于觀察信號輸出對下一級電路的影響，往往忘了目前系統(tǒng)的輸出頻率。這樣導(dǎo)致在精確測試中要求微調(diào)時也不知該向高調(diào)整還是向低調(diào)整。為了告知用戶系統(tǒng)所處的當(dāng)前頻率，我們擴(kuò)展了液晶顯示模塊，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前頻率在液晶顯示模塊上實(shí)時顯示。液晶顯示模塊占用了單片機(jī)Atmega16L的PD0-PD7作為數(shù)據(jù)接口，采用了單片機(jī)的PB0-PB4作為控制端口。圖3給出了液晶顯示模塊與控制器電路設(shè)計電路圖。

　　PB0引腳選擇液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)存儲器或指令存貯器，PB1引腳表明此次操作是讀液晶顯示模塊還是寫液晶顯示模塊，PB2則構(gòu)成上升沿與下降沿完成讀寫時序。PB3負(fù)責(zé)選中液晶顯示模塊的左半部分，PB4負(fù)責(zé)選中右半部分，通常PB3與PB4都置為1。需要注意的是，在數(shù)據(jù)或指令準(zhǔn)備好了之后，再讓PB2進(jìn)行電平變化，否則讀寫會出錯。

　　本設(shè)計借助單片機(jī)Atmega16L的大容量程序存貯器，將英文字母和若干漢字的字型點(diǎn)陣作為數(shù)組存入單片機(jī)的程序存貯器中。需要顯示某字符時直接調(diào)用數(shù)組，從而簡化了設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了英文、漢字以及圖形的顯示。本設(shè)計顯示界面友好，操作可控性強(qiáng)。

圖3 液晶顯示模塊與控制器電路設(shè)計

　　4 結(jié)論

　　為了方便現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與精確的頻率測試，我們設(shè)計了基于AVR單片機(jī)的高精度頻率調(diào)節(jié)器。在本設(shè)計中，可以使用小鍵盤上的“+1Hz”鍵和“-1Hz”鍵，方便地進(jìn)行頻率精確到1Hz的調(diào)節(jié)。此頻率調(diào)節(jié)器體積小而功能強(qiáng)，由Atmel公司的AVR單片機(jī)Atmega16L作控制核心，用戶可隨時調(diào)整系統(tǒng)輸出頻率。采用了4×4鍵盤輸入用戶設(shè)定的頻率值，占位小而效率高，編制程序讓AVR單片機(jī)掃描即可得到頻率，省去了專用鍵盤接口芯片8279。液晶顯示模塊可實(shí)時顯示當(dāng)前頻率，顯示界面友好，操作可控性強(qiáng)。本系統(tǒng)可以產(chǎn)生方波和正弦波。

　　本設(shè)計的硬件與軟件均已經(jīng)應(yīng)用在某頻率測試生產(chǎn)線中。工業(yè)生產(chǎn)與測試使用表明，本設(shè)計簡化了頻率調(diào)節(jié)過程，用戶使用方便，具有節(jié)電、低成本、抗干擾能力強(qiáng)、頻率控制精度高速度快的特點(diǎn)。