1、摘要本實驗是基于PHILIPS AT89C51 單片機所設(shè)計的，可以實現(xiàn)鍵位與數(shù)字動態(tài)顯示的一種頻率可調(diào)數(shù)字方波發(fā)生器。通過鍵盤鍵入(10HZ-10kHZ)隨機頻率，使用七段數(shù)碼管顯示，每一個數(shù)碼管對應(yīng)一個鍵位。單片機對各個鍵位進行掃描，確定鍵位的輸入，然后數(shù)碼管顯示輸入的數(shù)值，方波發(fā)生器輸出以數(shù)碼管顯示的數(shù)值為頻率的方波。關(guān)鍵詞：單片機 七段數(shù)碼管 鍵盤電路 頻率可調(diào)數(shù)字方波發(fā)生器一、目的和功能1.1 目的：設(shè)計一種頻率范圍限定且可調(diào)的數(shù)字方波發(fā)生器，產(chǎn)生特定頻率的方波。1.2功能：假設(shè)鍵盤是4*4的鍵盤，當(dāng)鍵盤輸入范圍在10hz-10khz的數(shù)字，單片機控制數(shù)碼管顯示該數(shù)值，并把該數(shù)值當(dāng)做

2、數(shù)字方波發(fā)生器的輸入頻率，單片機控制數(shù)字方波發(fā)生器以該數(shù)值作為頻率顯示方波，從而得到我們想要頻率的方波。二、硬件設(shè)計2.1 硬件設(shè)計思想鍵盤的數(shù)字和鍵位關(guān)系固定，通過鍵盤輸入產(chǎn)生頻率，通過LED數(shù)碼管顯示出來，每一個數(shù)碼管對應(yīng)一個鍵位?；驹O(shè)備是基于PHILIPS AT89C51單片機，外圍設(shè)備采用的是4個七段數(shù)碼管，PHILIPS AT89C51單片機，1個OSCILLOSCOPE 方波發(fā)生器，16個Button，若干電阻，電源電池。2.2 部分硬件方案論述2.2.1 七段數(shù)碼管掃描顯示方式的方案比較方案一： 靜態(tài)顯示方式：靜態(tài)顯示方式是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時，七段數(shù)碼管的每段發(fā)光二極管的

3、位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個LED數(shù)碼管顯示器都需要一個8位的輸出口進行控制。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運行過程中，在需要更新顯示內(nèi)容時，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個LED數(shù)碼管需要獨占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/O口線也將增加。方案二： 動態(tài)顯示方式：動態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器（稱為掃描），即每個數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對位選選中的數(shù)碼管有效。對于每一位顯示器來說，每隔一

4、段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個8位I/O口進行動態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段碼輸出）。動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低。但在控制系統(tǒng)運行過程中，要保證顯示器正常顯示，CPU必需每隔一段時間執(zhí)行一次顯示子程序，占用CPU大量時間，降低了CPU的工作效率，同時顯示亮度較靜態(tài)顯示器低。由于PHILIPS AT89C51單片機本身提供的I/O口有限，因此我們選擇方案二動態(tài)掃描方式。掃描方式中在輪流點亮掃

5、描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的約1ms，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。節(jié)約了電能，節(jié)省 了I/O口。2.2.2 鍵盤連接方式方案比較方案一：獨立式鍵盤一個具有4個按鍵的獨立式鍵盤，每一個按鍵的一端都接地，另一端接mega16的I/O口。獨立式鍵盤每一按鍵都需要一根I/O線，占用mega16的硬件資源較多。因此獨立式鍵盤只適合按鍵較少的場合。鍵盤是一組按鍵或開關(guān)的集合，鍵盤接口向計算機提供被按鍵的代碼。特點：使用方便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。方案二：矩陣式鍵盤我們采用4

6、×4矩陣式鍵盤，鍵盤的行線X0X3通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線X0X3均呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路，此時該行線的電平將由被短路的列線電平所決定。如果將行線接至單片機的輸入端口，列線接至單片機的輸出端口，則在單片機的控制下使列線Y0為低電平，其余三根列線Y1、Y2、Y3均為高電平，然后單片機讀輸入口狀態(tài)(即鍵盤行線狀態(tài))，若X0、X1、X2、X3均為高電平，則Y0這一列上沒有鍵閉合，如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和0相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果Y0這一列沒有鍵閉合，緊接著使列線Y1為低電平，其余列線為高

7、電平，用同樣的方法檢查Y1這一列有無鍵閉合，如此類推。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的掃描。CPU對鍵盤的掃描可以采取程序控制的隨機方式，CPU空閑時才掃描鍵盤；也可以采取定時控制方式，每隔一段時間，CPU對鍵盤掃描一次；還可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤發(fā)出的中斷請求，對鍵盤進行掃描，以識別哪一個鍵處于閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息作相應(yīng)處理。因為如果采用獨立式鍵盤PHILIPS AT89C51的I/O口對于方案一來說將是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的，為了節(jié)省I/O口，使我們的設(shè)計能夠順利進行，我們選用方案二矩陣連接式鍵盤。為了能夠較為簡單的編程，和節(jié)省CPU的資

8、源，我們采用定時掃描，每隔一段時間，CPU對鍵盤掃描一次，并將鍵值讀入。2.3 硬件電路圖三、軟件3.1 軟件設(shè)計基本思想：鍵盤的不間斷掃描。4個八段數(shù)碼管的動態(tài)顯示。方波發(fā)生器方波的輸出3.2 程序框圖產(chǎn)生初值是否有按鍵按下初始化8端數(shù)碼管的顯示鍵值讀取鍵值顯示方波顯示3.3 程序功能初始化后單片機產(chǎn)生初值，將初值以動態(tài)掃描的方式顯示于八段數(shù)碼管 ，同時還對鍵盤進行實時掃描，在掃描后，單片機讀取鍵值，并將鍵值通過數(shù)碼管模塊顯示出來，方波發(fā)生器輸出該頻率的方波。四、總結(jié)4.1 已達(dá)到的成果：硬件電路圖和鍵盤及顯示的程序。4.2 未完成的部分：軟件關(guān)于實行初值計算部分以及仿真。 設(shè)計感悟：這一次

9、課程設(shè)計遇到了很多問題。硬件基本上是沒有問題的，每個人都會做；但是程序是我們的弱點，還有就是分工合作，很多時候都是有分歧，還好最后還有水兵幫忙，使得我們的程序進一步完善。做完這個程序只是我們學(xué)做程序的開始吧，今后會繼續(xù)加強我們在做程序上的功力。附錄一 程序代碼#include < reg52.h>sbit out=P10;#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar TH,TL,c;uchar keyscan();void delay(uint z);void main() uchar s; out=1; EA

10、=1; ET0=1; TR0=1; while(1) s=keyscan(); switch(s) TH=0x3c; TL=0xb0;TMOD=0X01; break; TH=0xec; TL=0x78;TMOD=0X01; break; TH=0xfe; TL=0x0c;TMOD=0X01; break; case 0x07:/10kHZ TH=0xff; TL=0xce;TMOD=0X01; break; void delay(uint z) uint x,y; for(x = z;x>0;x-) for(y = 124;y>0;y-);void timer0() interrupt 1 TH0=TH; TL0=TL; out=!out;uchar keyscan() uchar key; if(P3&0x0f)=0