基于AVR單片機的高精度頻率調節器設計

　　3 輸入設備與輸出設備

　　3.1 鍵盤輸入設備與相應軟件

　　本設計采用了4×4鍵盤作為頻率輸入設備。由于按鍵個數少，只有16個，需要表示從1Hz — 10MHz的廣泛頻率，故在軟件設計中采用了AVR單片機掃描方式。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置為0xFE，以低電平0依次變化實現掃描。本單片機鍵盤掃描的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比特當中有低電平0存在，此時只能循環等待。只有當用戶松開按鍵之后，才將高4比特與低4比特進行按位反操作，并復合形成最終返回的掃描結果。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，繼續進行下一次掃描。

　　3.2 液晶顯示模塊

　　用戶在多次進行輸入頻率以及“+1Hz”和“-1Hz”微調后，專注于觀察信號輸出對下一級電路的影響，往往忘了目前系統的輸出頻率。這樣導致在精確測試中要求微調時也不知該向高調整還是向低調整。為了告知用戶系統所處的當前頻率，我們擴展了液晶顯示模塊，實現了當前頻率在液晶顯示模塊上實時顯示。液晶顯示模塊占用了單片機Atmega16L的PD0-PD7作為數據接口，采用了單片機的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計電路圖。

　　PB0引腳選擇液晶顯示模塊的數據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則構成上升沿與下降沿完成讀寫時序。PB3負責選中液晶顯示模塊的左半部分，PB4負責選中右半部分，通常PB3與PB4都置為1。需要注意的是，在數據或指令準備好了之后，再讓PB2進行電平變化，否則讀寫會出錯。

　　本設計借助單片機Atmega16L的大容量程序存貯器，將英文字母和若干漢字的字型點陣作為數組存入單片機的程序存貯器中。需要顯示某字符時直接調用數組，從而簡化了設計，實現了英文、漢字以及圖形的顯示。本設計顯示界面友好，操作可控性強。

圖3 液晶顯示模塊與控制器電路設計

　　4 結論

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

　　本設計的硬件與軟件均已經應用在某頻率測試生產線中。工業生產與測試使用表明，本設計簡化了頻率調節過程，用戶使用方便，具有節電、低成本、抗干擾能力強、頻率控制精度高速度快的特點。