本实验是基于PHILIPS ATC51 单片机所设计的，可以实现键位与数字动态显示的一种频率可调方波发生器。通过键盘键入(10HZ-9999HZ)随机频率，使用七段数码管显示，每一个数码管对应一个键位。单片机对各个键位进行扫描，确定键位的输入，然后数码管显示输入的数值，方波发生器输出以数码管显示的数值为频率的方波。
关键词：单片机 七段数码管 键盘电路 频率可调方波发生器
一、目的和功能
1.1 目的：
设计一种频率范围限定且可调的方波发生器，志在产生特定频率的方波。
1.2功能：
假设键盘是4*4的键盘，当键盘输入范围在10hz-9999hz的数字，单片机控制数码管显示该数值，并把该数值当做方波发生器的输入频率，单片机控制该方波发生器以该数值作为频率显示方波，从而得到我们想要频率的方波。
二、硬件设计
2.1 硬件设计思想
键盘的数字和键位关系固定，通过键盘输入产生频率，通过LED数码管显示出来，每一个数码管对应一个键位。基本设备是基于PHILIPS ATC51单片机，外围设备采用的是4个七段数码管，PHILIPS ATC51单片机，1个OSCILLOSCOPE 方波发生器，16个Button，若干电阻，电源电池。
2.2 部分硬件方案论述
2.2.1 七段数码管扫描显示方式的方案比较
方案一： 静态显示方式：静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，七段数码管的每段发光二极管的位选始终被选中。在这种显示方式下，每一个LED数码管显示器都需要一个8位的输出口进行控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。
方案二： 动态显示方式：动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。通过调整电流和时间参数，可以既保证亮度，又保证显示。若显示器的位数不大于8位，则显示器的公共端只需一个8位I/O口进行动态扫描（称为扫描口），控制每位显示器所显示的字形也需一个8位口（称为段码输出）。动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低。但在控制系统运行过程中，要保证显示器正常显示，CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程序，占用CPU大量时间，降低了CPU的工作效率，同时显示亮度较静态显示器低。
由于PHILIPS ATC51单片机本身提供的I/O口有限，因此我们选择方案二——动态扫描方式。扫描方式中在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的约1ms，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。节约了电能，节省 了I/O口。
2.2.2 键盘连接方式方案比较
方案一：式键盘
一个具有4个按键的式键盘，每一个按键的一端都接地，另一端接mega16的I/O口。式键盘每一按键都需要一根I/O线，占用mega16的硬件资源较多。因此式键盘只适合按键较少的场合。键盘是一组按键或开关的集合，键盘接口向计算机提供被按键的代码。特点：使用方便、结构复杂、成本高。
方案二：矩阵式键盘
我们采用4×4矩阵式键盘，键盘的行线X0～X3通过电阻接+5V，当键盘没有键闭合时，所有的行线和列线断开，行线X0～X3均呈高电平。当键盘上某一键闭合时，该键所对应的行线与列线短路，此时该行线的电平将由被短路的列线电平所决定。如果将行线接至单片机的输入端口，列线接至单片机的输出端口，则在单片机的控制下使列线Y0为低电平，其余三根列线Y1、Y2、Y3均为高电平，然后单片机读输入口状态(即键盘行线状态)，若X0、X1、X2、X3均为高电平，则Y0这一列上没有键闭合，如果读出的行线状态不全为高电平，则为低电平的行线和Ｙ0相交的键处于闭合状态。如果Y0这一列没有键闭合，紧接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平，用同样的方法检查Y1这一列有无键闭合，如此类推。这种逐行逐列地检查键盘状态的过程称为对键盘的扫描。CPU对键盘的扫描可以采取程序控制的随机方式，CPU空闲时才扫描键盘；也可以采取定时控制方式，每隔一段时间，CPU对键盘扫描一次；还可以采用中断方式，当键盘上有键闭合时，向CPU请求中断，CPU响应键盘发出的中断请求，对键盘进行扫描，以识别哪一个键处于闭合状态，并对键输入信息作相应处理。
因为如果采用式键盘PHILIPS ATC51的I/O口对于方案一来说将是远远不够用的，为了节省I/O口，使我们的设计能够顺利进行，我们选用方案二——矩阵连接式键盘。为了能够较为简单的编程，和节省CPU的资源，我们采用定时扫描，每隔一段时间，CPU对键盘扫描一次，并将键值读入。
2.3 硬件电路图
三、软件
3.1 软件设计基本思想：
●键盘的不间断扫描。
●4个八段数码管的动态显示。
●方波发生器方波的输出
3.2 程序框图
3.3 程序功能
初始化后单片机产生初值，将初值以动态扫描的方式显示于八段数码管 ，同时还对键盘进行实时扫描，在扫描后，单片机读取键值，并将键值通过数码管模块显示出来，方波发生器输出该频率的方波。
四、总结
4.1 已达到的成果：硬件电路图和键盘及显示的程序。
4.2 未完成的部分：软件关于实行初值计算部分以及仿真。
4.3 设计感悟：这一次课程设计遇到了很多问题。硬件基本上是没有问题的，每个人都会做；但是程序是我们的弱点，还有就是分工合作，很多时候都是有分歧，还好最后还有水兵帮忙，使得我们的程序进一步完善。做完这个程序只是我们学做程序的开始吧，今后会继续加强我们在做程序上的功力。
附录一 程序代码
DISBUF EQU 30H
SEGBUF EQU 34H
LEDSP EQU 37H
HDHZ BIT 20H.1
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 001BH
LJMP TIMER1
ORG 000BH
LJMP TIMER0
ORG 0030H
MAIN: MOV SP,#5FH
LCALL SCAN ;跳转到键盘控制电路子程序
LCALL FT0TH ;利用频率求初值程序
MOV T2CON,#04H
MOV TH2,S1
MOV TL2,S0
MOV RCAP2H,S1
MOV RCAP2L,S0
SETB ET2
SETB EA
ANL TMOD,#0F0H
ORL TMOD,#10H
MOV TH0,#8AH
MOV TL0,#0D0H
SETB ET1
SETB TR1
SETB EA
FT0TH: MOV R0,#DIVBUF1 ;|除数赋值 10进制转换为16进制
MOV R1,#DIVBUF2
MOV A,R0
ADD A,#3 ;|53H
MOV R0,A
MOV @R1,#0
INC R1
MOV A,@R0
MOV @R1,A
DEC R0 ;| 52H
MOV A,@R0
MOV B,#10
MUL AB
CLR C
ADDC A,@R1
MOV @R1,A
DEC R0 ;| 51H
MOV A,@R0
MOV B,#100
MUL AB
ADDC A,@R1
MOV @R1,A
DEC R1
MOV A,@R1
ADDC A,B
MOV @R1,A
DEC R0 ;| 50H
INC R1
MOV A,@R0
MOV B,#10
MUL AB
MOV B,#100
MUL AB
ADDC A,@R1
MOV @R1,A
DEC R1
MOV A,@R1
ADDC A,B
MOV @R1,A ;|
CHOICE: MOV R0,#DIVA
MOV @R0,#00H ;|被除数为5*10^5 = 0007A120H
INC R0
MOV @R0,#07H
INC R0
MOV @R0, #0A1H
INC R0
MOV @R0, #20H
DIV3216:MOV 40H,#0 ;|除法运算
MOV 41H,#0
MOV R7,#32
;键盘部分
SCAN:
JNB KEYVALED,$
CLR KEYVALED
LCALL KEYSCAN
MOV A,KEYNAME
TIMER1:PUSH PSW
PUSH AW
SETB RS1
CLR RS0
MOV TH1,#8AH
MOV TL1,#0D0H
MOV P3,#0FH
MOV A,P3
ANL A,#0FH
CJNE A,#0FH,NEXT21
SETB C
JMP NEXT22
NEXT21:
CLR C
NEXT22:
MOV A,KEYSTU
RLC A
MOV KEYSTU,A
ANL A,#07H
CJNE A,#2,NEXT23
ANL KEYSTU,#00H
JMP EXIT2
NEXT23:
CJNE A,#4,NEXT24
SETB KEYVALED
JMP EXIT2
NEXT24:
CJNE A,#5,EXIT2
ORL KEYSTU,#07H
EXIT2:
POP ACC
POP PWE
RETI
KEYSCAN:
MOV R7,#4
MOV R5,#0
MOV R6,#11110111B
OP1:
MOV A,R6
RL A
MOV R6,A
MOV P3,A
MOV A,P3
ANL A,#0FH
RL A,#0FH
JNZ NEXT31
INC R5
DJNZ R7,LOOP1
SJMP EXIT3
NEXT31:
JNE Acc.0,NEXT32
MOV R4,#0
SJMP NEXT35
NEXT32:JNB Acc.1,NEXT33
MOV R4,#1
SJMP NEXT35
NEXT33:JNB Acc.2,NEXT34
MOV R4,#2
SJMP NEXT35
NEXT 34:MOV R4,#3
NEXT35:
MOV A,R4
RL A
RL A
ADD A,R5
MOV DPTP,#KEYTAB
MOVC A,@A+DPTP
MOV KEYNAME,A
EXIT3:
RET
DISPLAY:
MOV LEDSP,#00H
LCALL BIN T0BCD
LCALL BCD T0SEG
LJMP LOOP
TIME R0:PUSH PSW
PUSH Acc
SETB RS0
CLR RS1
MOV TH0,#0E4A
MOV TL0,#0A8H
MOV A.CEDSP
ANL A,#04H
CJNE A,#0,NEXT11
MOV P2,#00001D00B
ADD A#SEGBUF
MOV R0,A
MOV P0,A
MOV P0,@R0
CJMP EXIT1
NEXT11:CJNE A,#2,NEXT12
MOV P2,#00000100B
ADD A,#SEGBUF
MOV R0,A
MOV P0,@R0
LKMP EXIT1
NEXT12:
CJNE A,#1,NEXT13
MOV P2,#00000010B
ADD A,#SEGBUF
MOV R0,A
MOV P0,@R0
LJMP EXIT1
NEXT13:
MOV P2,300000001B
AD A,#SEGBUF
MOV R0,A
MOV P0,@R0
EXIT1:
INC LEDSP
MOV A,LEDSP
ANL A,#01A
CJNE A,#04A,BELOW
BELOW:
JC RETUN
MOV LEDSP,#00H
RETURN:
POP Acc
POP PSW
RETI
BIN T0BCD:
MOV R0,3DISBUF+3
MOV A,KEYNAME
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R0,B
DEC R0
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R0,B
DEC R0
MOV B,#10
DIV AB
MOV @R0,B
DEC R0
MOV @R0,A
RET
方波输出部分：
TIMER1:
MOV DPTR,#KEYNAME
MOVC @A+DPTR,DPTR
RETI
END
附录二 组员工作分配
李建华：主要写程序和报告以及仿真检查结果
赖水兵：电路图的描绘，程序的撰写
梁国锋：程序的撰写
郭万劲：电路图的描绘
参考文献
1、潘永雄 高等学校信息工程类专业规划教材（新编单片机原理与应用）
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