基于mcs51單片機的實驗開發(fā)系統(tǒng)人機交互模塊設(shè)計與實驗改進論文[帶圖紙]

1、<p>　　西安文理學(xué)院機械電子工程系</p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題 目 基于MCS51單片機的實驗開發(fā)系統(tǒng) </p><p>　　人機交互模塊設(shè)計與實驗改進 </p><p>　　專業(yè)班級 08機械設(shè)計制造及其自動化（2）班 </p><p>

2、;　　學(xué) 號 08102080236 </p><p>　　學(xué)生姓名 王瑋 </p><p>　　指導(dǎo)教師 呂建波、羅振元 </p><p>　　設(shè)計

3、所在單位 西安文理學(xué)院 </p><p><b>　　2012年 5 月</b></p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表<

4、/p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評分表</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評分表</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯記錄</p><p>　　注：1、畢業(yè)論文成績=指導(dǎo)教師成績×40%＋評閱教師成績×20%＋答辯成績×40%；</p>

5、;<p>　　2、答辯委員會認(rèn)定成績是根據(jù)該生畢業(yè)設(shè)計期間的表現(xiàn)及該專業(yè)整體論文情況的綜合評定成績。</p><p>　　3、論文等級分優(yōu)秀（≥90分）、良好（80~89分）、中等（70~79分）、及格（60~69分）、</p><p>　　不及格（<60分）。</p><p>　　基于MCS51單片機的實驗</p><p&g

6、t;　　開發(fā)系統(tǒng)人機交互模塊設(shè)計與實驗改進</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　人機界面是人與機器進行交互的操作方式，而交互設(shè)計就是設(shè)計支持人們?nèi)粘９ぷ髋c生活的交互式產(chǎn)品，隨著現(xiàn)階段人們對計算機的普及，人機交互界面越來越受到人們的重視。在現(xiàn)代各類儀器的開發(fā)中，人機交互功能正起著無可替代的作用。機器與人類的友好性發(fā)展使得人機交互界面更適用于當(dāng)

7、今社會，從而提高人們的工作效率。本次設(shè)計主要研究人機交互界面中的數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互通常是指操作員通過輸入設(shè)備給計算機輸入數(shù)據(jù)指令，計算機之后執(zhí)行指令并將結(jié)果通過輸出設(shè)備表示出來。本文采用單片機、鎖存器、矩陣鍵盤和數(shù)碼管顯示四大部分構(gòu)成人機交互系統(tǒng)，在掌握交互原理的基礎(chǔ)上對人機交互系統(tǒng)進行了整體的系統(tǒng)分析，設(shè)計出交互系統(tǒng)的硬件電路圖和各部分所需要的軟件程序。并對人機交互實驗改進提出了個人想法。文章最后對本次設(shè)計進行了總結(jié)和展望。</

8、p><p>　　關(guān)鍵詞：人機界面,交互設(shè)計,單片機</p><p>　　The Design of Human and Machine Interface Module based on MCS51 Single Chip Experiment Development System and Experiment Improvement</p><p>　　Abstra

9、ct: </p><p>　　The human machine interface is a mode of operation of human and machine interactive, and the interaction design is to design the products which support our life and work, along with the present

10、 stage of the popularization of computer, human computer interaction interface has been paid more and more attention.With all kinds of modern instrument development,the function of man machine interaction plays an irrepl

11、aceable role. The friendly development of machine and human makes human.computer intera</p><p>　　Key word: Humane Interface, Interaction Design, Single Chip</p><p><b>　　目 錄</b></p

12、><p><b>　　第一章 緒論12</b></p><p>　　1.1選題目的及意義12</p><p>　　1.2 人機交互國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本次課題主要研究內(nèi)容1</p><p>　　第二章 人機交互模塊設(shè)計原理與整體方案2</p><

13、p>　　2.1 人機交互模塊基本構(gòu)成2</p><p>　　2.2 人機交互模塊設(shè)計原理3</p><p>　　2.2.1 MCS51單片機的選擇3</p><p>　　2.2.2 矩陣鍵盤選擇4</p><p>　　2.2.3數(shù)碼管顯示原理5</p><p>　　2.3 人機交互模塊整體設(shè)計方案6

14、</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)7</b></p><p>　　第三章 人機交互模塊硬件電路設(shè)計7</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng)7</p><p>　　3.1.1 晶振電路8</p><p>　　3.1.2 復(fù)位電路8</p><p>　

15、　3.2 4*4矩陣鍵盤硬件電路的設(shè)計9</p><p>　　3.3 數(shù)碼管鎖存器硬件連接9</p><p>　　3.3.1 鎖存器原理10</p><p>　　3.3.2數(shù)碼管選擇10</p><p>　　3.3.3 數(shù)碼管鎖存器硬件連接電路圖11</p><p>　　3.4 本章小結(jié)12</p&g

16、t;<p>　　第四章 人機交互模塊軟件程序設(shè)計12</p><p>　　4.1 鎖存器鎖存程序12</p><p>　　4.2 行列掃描程序13</p><p>　　4.3 延時函數(shù)設(shè)計14</p><p>　　4.4整體程序設(shè)計15</p><p>　　4.4.1整體程序設(shè)計流程圖15&

17、lt;/p><p>　　4.4.2程序設(shè)計16</p><p>　　4.5 本章小結(jié)16</p><p>　　第五章 proteus調(diào)試與仿真并繪制PCB板17</p><p>　　5.1 proteus軟件簡介17</p><p>　　5.2 軟件功能特點17</p><p>　　5.

18、3 實驗仿真功能實現(xiàn)17</p><p>　　5.3.1 HEX文件生成17</p><p>　　5.3.2實驗硬件電路連接19</p><p>　　5.4 用proteus進行調(diào)試19</p><p>　　5.5 用protel DXP繪制PCB板21</p><p>　　5.6 本章小結(jié)：22</

19、p><p>　　第六章 人機交互實驗改進23</p><p>　　6.1 人機交互實驗教學(xué)的現(xiàn)狀23</p><p>　　6.1.1 教學(xué)內(nèi)容不足23</p><p>　　6.1.2 教學(xué)手段的落后23</p><p>　　6.2 實驗教學(xué)改進思考23</p><p><b>　

20、　本章小結(jié)：24</b></p><p>　　第七章 總結(jié)與展望25</p><p>　　7.1 工作總結(jié)25</p><p>　　7.2 本次設(shè)計展望25</p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b>

21、</p><p><b>　　附錄128</b></p><p>　　附錄2錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1選題目的及意義</p><p>　　人機交互、人機互動（Human Computer Interfa

22、ce，簡寫HCI，又稱用戶界面或使用者界面）：是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的互動關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統(tǒng)和軟件。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機交互界面與系統(tǒng)交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。操作系統(tǒng)的人機交互功能是決定計算機系統(tǒng)“友善性”的一個重要因素。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設(shè)備和相應(yīng)的軟件來完成。可供人機交互使用的設(shè)備主要有鍵盤

23、顯示、鼠標(biāo)、各種模式識別設(shè)備等。與這些設(shè)備相應(yīng)的軟件就是操作系統(tǒng)提供人機交互功能的部分。人機交互部分的主要作用是執(zhí)行通過人機交互設(shè)備傳來的有關(guān)的各種命令和要求。</p><p>　　本文以MCS51系列單片機為核心處理器，通過操作員從鍵盤打入命令，操作系統(tǒng)接到命令后立即執(zhí)行并將結(jié)果通過顯示器顯示的這一過程，設(shè)計出單片機的人機互換模塊，并在proteus環(huán)境下進行仿真，進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理通過實際

24、程序設(shè)計和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和調(diào)試技術(shù)。通過完成人機交互模塊的完整過程，從而從實踐了解到單片機系統(tǒng)，強化了所學(xué)理論知識。</p><p>　　1.2 人機交互國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，操作命令也越來越多，功能也越來越強。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設(shè)備的發(fā)展，操作員和計算機在類似于自然語言或受限制的自然語言這一級上進行交互成為可能。

25、此外，通過圖形進行人機交互也吸引著人們?nèi)ミM行研究。這些人機交互可稱為智能化的人機交互。這方面的研究工作正在積極開展。人機交互技術(shù)是指通過計算機輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話、交換信息的技術(shù)。人們可以借助鍵盤、鼠標(biāo)、操作桿、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，用手、腳、聲音、姿態(tài)和身體的動作、視線甚至腦電波等向計算機傳遞信息；計算機通過打印機，繪圖儀、頭盔式顯示器、音頻等輸出設(shè)備或顯示設(shè)備給人提供信息。</p>&l

26、t;p>　　目前，人機交互技術(shù)正處于多通道、多媒體的智能人機交互階段，已經(jīng)取得了不少研究成果，不少產(chǎn)品已經(jīng)問世。側(cè)重多媒體技術(shù)的有:觸摸式顯示屏實現(xiàn)的“桌面”計算機，能夠隨意折疊的柔性顯示屏制造的電子書，從電影院搬進客廳指日可待的3D顯示器，使用紅綠藍(lán)光激光二極管的視網(wǎng)膜成像顯示器；側(cè)重多通道技術(shù)的有：“漢王筆”手寫漢字識別系統(tǒng)，結(jié)合在微軟的Tablet PC 操作系統(tǒng)中數(shù)字墨水技術(shù)，廣泛應(yīng)用于Office/XP的中文版等辦公、應(yīng)

27、用軟件中的IBM/Via Voice連續(xù)中文語音識別系統(tǒng)，輸入設(shè)備為攝像機、圖像采集卡的手勢識別技術(shù)，以IPHONE手機為代表的可支持更復(fù)雜的姿勢識別的多觸點式觸摸屏技術(shù)，以及IPHONE中基于傳感器的捕捉用戶意圖的隱式輸入技術(shù)。</p><p>　　人機交互技術(shù)領(lǐng)域熱點技術(shù)的應(yīng)用潛力已經(jīng)開始展現(xiàn)，比如智能手機配備的地理空間跟蹤技術(shù)，應(yīng)用于可穿戴式計算機、隱身技術(shù)、浸入式游戲等的動作識別技術(shù)，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實、遙控

28、機器人及遠(yuǎn)程醫(yī)療等的觸覺交互技術(shù)，應(yīng)用于呼叫路由、家庭自動化及語音撥號等場合的語音識別技術(shù)，對于有語言障礙的人士的無聲語音識別，應(yīng)用于廣告、網(wǎng)站、產(chǎn)品目錄、雜志效用測試的眼動跟蹤技術(shù)，針對有語言和行動障礙人開發(fā)的“意念輪椅”采用的基于腦電波的人機界面技術(shù)等。熱點技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)是機遇也是挑戰(zhàn)，基于視覺的手勢識別率低，實時性差，需要研究各種算法來改善識別的精度和速度，眼睛虹膜、掌紋、筆跡、步態(tài)、語音、唇讀、人臉、DNA等人類特征的研發(fā)應(yīng)用也

29、正受到關(guān)注，自然語言理解雖然目前在語言模型、語料庫等方面有進展外，仍將是人機交互的重要目標(biāo)，多通道的整合也是人機交互的熱點，另外，與“無所不在的計算”、“云計算”等相關(guān)技術(shù)的融合與促進也需要繼續(xù)探索。</p><p>　　1.3 本次課題主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題主要研究MCS51單片機人機交換系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互是人通過輸入數(shù)據(jù)的方式與計算機進行交流的一種方式，它是人

30、機交互的重要內(nèi)容和形式。其一般的交互過程是：用戶首先通過矩陣鍵盤為輸入設(shè)備把數(shù)據(jù)輸入單片機；然后，系統(tǒng)響應(yīng)用戶輸入，給出反饋信息，并顯示在數(shù)碼管顯示屏上，具體設(shè)計任務(wù)如下：</p><p>　　1．分析各類基于MCS51系列單片機的人機互換模塊設(shè)計，主要包括矩陣式鍵盤、LED顯示；</p><p>　　2．設(shè)計出人機互換模塊的電路原理圖，并用proteus完成部分模塊的仿真；</p&

31、gt;<p>　　3．在面包板上調(diào)試電路，確定硬件電路，用DXP軟件畫出電路的PCB板；</p><p>　　4．編寫相應(yīng)軟件程序，進行軟件的調(diào)試；</p><p>　　5．進行系統(tǒng)軟件、硬件結(jié)合進行整機調(diào)試，實現(xiàn)人機互換的輸入輸出；</p><p>　　6. 針對本科單片機課程實驗教學(xué)，進行人機交互模塊實驗方法的更新和改進。</p>&

32、lt;p>　　第二章 人機交互模塊設(shè)計原理與整體方案</p><p>　　2.1 人機交互模塊基本構(gòu)成</p><p>　　人機交互過程即為人們通過輸入設(shè)備輸入信息，系統(tǒng)響應(yīng)輸入，再通過輸出設(shè)備將信號反饋出來。本次設(shè)計主要包括四部分，其中4*4矩陣鍵盤作為系統(tǒng)輸入設(shè)備，4位8段數(shù)碼管顯示作為輸出設(shè)備，MCS51單片機作為核心處理器，一個段鎖存器和一個位鎖存器來完成數(shù)據(jù)鎖存處理。這四部

33、分模塊對數(shù)據(jù)的基本執(zhí)行流程及其相互之間關(guān)系如下圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 人機交互模塊基本流程</p><p>　　2.2 人機交互模塊設(shè)計原理</p><p>　　2.2.1 MCS51單片機的選擇</p><p>　　MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031

34、，8051，8751，8032，8052，8752等。該系列單片機的生產(chǎn)工藝有兩種。一是早期的HMOS工藝（即高密度短溝道MOS工藝），二是現(xiàn)在的CHMOS工藝（即互補金屬氧化物的HMOS工藝）。CHMOS工藝即保持了HMOS的高速度和高密度的特點，還具有HMOS的低功耗的特點。在產(chǎn)品中凡帶有字母型號C的即為CHMOS芯片，不帶有字母C的即為HMOS芯片。HMOS芯片的電平與TTL電平兼容，而CHMOS的電平即與TTL電平兼容又與CMO

35、S電平兼容。所以，現(xiàn)在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中都采用CHMOS工藝的芯片。在功能上，該系列單片機分為基本型和增強型兩類，通常以芯片型號的末位數(shù)字來區(qū)分，“1” 為基本型“2” 為增強型。MCS51單片機基本型包含：CPU系統(tǒng)，存儲器系統(tǒng)，I/O口和其他控制單元。其中CPU系統(tǒng)包括8位CPU，含布爾處理器，時鐘電路和總線控制。存儲器系統(tǒng)包括4K字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器和特殊功能寄存器SFR。I/O口和其他控制單元包括4個并行I/O

36、口，2個16位定時/</p><p>　　89C52單片機采用的是具有總線擴展引腳的DIP40封裝，其中VCC為電源接入引腳。Vss為電源接入引腳，XTAL1和XTAL2為晶體振蕩器接入的兩個引腳，ALE為地址鎖存允許信號，EA為內(nèi)外存儲器引腳。PSEN為外部程序存儲器選通信號輸出引腳，P0.0.P0.7為一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復(fù)用引腳，P1.0.P1.7一般I/O口引腳，P2.0.P2.7為I/O

37、口引腳或高位地址總線引腳，P3.0.P3.7為一般I/O口引腳或第二功能引腳。</p><p>　　圖2.2 89C52單片機引腳功能</p><p>　　2.2.2 矩陣鍵盤選擇</p><p>　　在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖2.6所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連

38、接。這樣，8條端口線就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵。本次設(shè)計我們采用4*4矩陣鍵盤，原理圖如下圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 矩陣鍵盤原理圖</p><p>　　上圖中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I

39、/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。</p><p>　　按鍵掃描方式有兩種，一種是行列掃描法，另外一種是翻轉(zhuǎn)法，具體介紹如下：</p><p><b>　?。?）行列掃描法 </b></p><p>

40、;　　行列掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，如上圖所示鍵盤，具體過程如下。1、判斷鍵盤中有無鍵按下：將全部行線P14.P17置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置：在確認(rèn)有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某

41、根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 </p><p>　?。?）高低電平翻轉(zhuǎn)法</p><p>　　首先讓P1口高四位為1，低四位為0。若有按鍵按下，則高四位中會有一個1翻轉(zhuǎn)為0，低四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的行位置。 然后讓P1口高四位為0，低四位為1。若有

42、按鍵按下，則低四位中會有一個1翻轉(zhuǎn)為0，高四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的列位置。</p><p>　　本次設(shè)計我們采用行列掃描法， 具體流程圖見第四章。</p><p>　　2.2.2 數(shù)碼管顯示原理</p><p>　　LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示，如圖2.4。當(dāng)

43、數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2個8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2

44、、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。</p><p>　　圖2.4 八段數(shù)碼管及其硬件電路連接</p><p>　　根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。與普通二極管一樣發(fā)光二極管也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓（大于LED 的正向壓降）就會發(fā)

45、光，當(dāng)給發(fā)光二極管加上負(fù)向電壓就不會發(fā)光。圖2.5是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。</p><p>　　圖2.5 共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路圖</p><p>　　2.2.4 數(shù)碼管驅(qū)動方式</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方

46、式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p><b>　?。?）靜態(tài)顯示驅(qū)動</b></p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器

47、進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。</p><p><b>　?。?）動態(tài)顯示驅(qū)動</b></p><p>　　動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個

48、數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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，動態(tài)

49、顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　由于任一時刻只能顯示一種數(shù)字，當(dāng)需要多位數(shù)碼管顯示多位數(shù)據(jù)的時候就需要動態(tài)掃描。動態(tài)掃描實際上執(zhí)行的是動態(tài)顯示，由于動態(tài)速度很快，人眼分辨不出是在動態(tài)顯示，所以看上去是靜態(tài)顯示，這種效果正是我們所需要的，所以我們選用動態(tài)顯示驅(qū)動。</p><p>　　2.3 人機交互模塊整體設(shè)計方案</p&g

50、t;<p>　　本次設(shè)計選擇MCS51單片機中的89C52為核心驅(qū)動，4*4矩陣鍵盤為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，兩個四位八段數(shù)碼管顯示為系統(tǒng)的輸出設(shè)備，兩個74HC573為數(shù)據(jù)鎖存器，一個為段鎖存器，另一個為位鎖存器，各部分間相互間具體聯(lián)系及其數(shù)據(jù)流向如下圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 人機交互整體設(shè)計方案及其數(shù)據(jù)流程圖</p><p><b>　　2.4本章小

51、結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示、51單片機與鎖存器的結(jié)構(gòu)及原理，選取了鍵盤、數(shù)碼管、單片機及其鎖存器的類型，設(shè)計出人機交互模塊整體方案，并確定模塊中的數(shù)據(jù)流程。</p><p>　　第三章 人機交互模塊硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 單片機最小系統(tǒng) </p><p>　　如下圖3.1所

52、示為本次設(shè)計單片機最小系統(tǒng)，其中包括晶振電路和復(fù)位電路。圖中RESPACK8為排阻，因51單片機P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，因此不能輸出高電平，排阻在這里就是上拉電阻，保證單片機P0口正常輸出。</p><p>　　圖3.1 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 晶振電路</p><p>　　單片機的工作過程是：取一條指令、譯碼、進行微操作，再取一條指令、譯碼

53、、進行為微操作，這樣自動的一步一步的由微操作依序完成相應(yīng)指令規(guī)定的功能。各指令的微操作在時間上有嚴(yán)格的次序，這種為操作的時間次序為時序。</p><p>　　51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生。一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式是在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振即可。兩個電容的作用是用來穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率要小于12MH

54、Z，典型值為6HMz、12MHz、或11.0592MHz。</p><p>　　外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。本次設(shè)計運用內(nèi)部時鐘方式，其電路圖如下圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 內(nèi)部時鐘震蕩電路</p><p>　　3.1.2 復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初

55、始狀態(tài)。單片機的工作就是從復(fù)位開始的。當(dāng)RST引腳加高電平復(fù)位信號時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位信號變低電平時，單片機開始執(zhí)行程序。實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容充電，RST引腳的點評逐漸降低，RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復(fù)位操作。按鍵與上電均有效為上

56、電原理和按鍵均可復(fù)位，這樣可以提高操作的可靠性。為提高可靠性，我們使用上電與按鍵均有效復(fù)位（圖3.3）。</p><p>　　圖3.3 上電與按鍵均有效復(fù)位電路</p><p>　　3.2 4*4矩陣鍵盤硬件電路的設(shè)計</p><p>　　如下3.4所示為矩陣式鍵盤硬件電路圖，為提高CPU的工作效率，現(xiàn)將其設(shè)計為帶中斷，即每根列線連接一個二極管，當(dāng)有按鍵被按下時，該

57、列線所接二極管導(dǎo)通，當(dāng) CPU得知按鍵按下，單片機開始工作。</p><p>　　圖3.4 4*4矩陣鍵盤</p><p>　　矩陣鍵盤中的數(shù)據(jù)輸出端J24接89C52單片機的P1口，作為鍵盤數(shù)據(jù)輸出端。 </p><p>　　3.3 數(shù)碼管鎖存器硬件連接</p><p>　　對于89C52輸出的數(shù)據(jù)，并不將其直接送給數(shù)碼管，而是通過鎖存器

58、將數(shù)據(jù)緩存之后送給數(shù)碼管，如圖3.8。本次設(shè)計選擇所存器的是74HC573，接下來將介紹鎖存器相關(guān)內(nèi)容。</p><p>　　3.3.1 鎖存器原理</p><p>　　所謂鎖存器就是把當(dāng)前的狀態(tài)鎖存起來，使 CPU 送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時間鎖存后狀態(tài)不再發(fā)生變化，直到解除鎖定。本次設(shè)計采用74HC573作為系統(tǒng)中的鎖存器，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存，其引腳結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。<

59、;/p><p>　　圖3.5 74HC573鎖存器</p><p>　　74HC573鎖存器中，引腳OE為輸出使能端，并為低電平有效，即當(dāng)OE為0時，輸出端才能正常輸出。LE為數(shù)據(jù)鎖存使能端，當(dāng)LE為高電平時，鎖存器呈透明態(tài)，即數(shù)據(jù)鎖存輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持。當(dāng)LE為低電平時，鎖存器成鎖存態(tài)，即輸出端的數(shù)據(jù)保持不變。我們可以通過控制鎖存引腳，

60、來控制 74HC573 后端輸出數(shù)據(jù)。該鎖存器的真值表如下表3.6所示。</p><p>　　表3.6 74HC573真值表</p><p>　　在應(yīng)用中，我們將數(shù)碼管與鎖存器連接，用來鎖存數(shù)碼管位選和段選所需要的數(shù)據(jù)，數(shù)碼管再根據(jù)位選片和段選片所給的出的數(shù)據(jù)進行位選和段選，來確定是數(shù)碼管的那位亮，和該位的哪段亮，這樣在數(shù)碼管顯示屏上，我們就可以清楚地看到鍵盤按下時，相應(yīng)的數(shù)字便會亮。&l

61、t;/p><p>　　3.3.2數(shù)碼管選擇</p><p>　　本次設(shè)計中我們的數(shù)碼管采用4位8段共陰數(shù)碼管，其中共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，為使二極管發(fā)光，則其對應(yīng)的段碼應(yīng)為高電平時，該段對應(yīng)的數(shù)碼管亮，當(dāng)數(shù)碼管對應(yīng)斷碼為低電平時，數(shù)碼管中對應(yīng)的二極管不導(dǎo)通，數(shù)碼管中對應(yīng)的段不發(fā)亮。表3.7為數(shù)碼管顯示的字型與8段數(shù)碼管各自的電平以及對應(yīng)的16進制字符碼的對應(yīng)方式。&

62、lt;/p><p>　　表3.7 共陰數(shù)碼管顯示字型與字符碼對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　3.3.3 數(shù)碼管鎖存器硬件連接電路圖</p><p>　　圖3.8 數(shù)碼管與鎖存器硬件連接電路圖</p><p>　　圖中89C52單片機的P0口接下圖中的J3端，并同時接入兩個74HC573的1D-8D。P2.2接J2(2)為74HC573的段鎖存使能端

63、。P2.3接J2(3)，為74HC573的位鎖存使能端。段鎖存器74HC573的1Q-8Q接至兩個4位8段共陰數(shù)碼管的a-dp端口。位鎖存器74HC573中1Q-8Q于高位至地位依次接入2個數(shù)碼管的com端。因為共陰數(shù)碼管，所以位選為低電平時數(shù)碼管該位才會被選中。</p><p>　　將矩陣鍵盤電路與數(shù)碼管鎖存器硬件連接電路通過89C52單片機連接，即構(gòu)成了人機交互整體硬件電路。</p><p

64、><b>　　3.4 本章小結(jié) </b></p><p>　　本章主要講述了人機交互系統(tǒng)的硬件電路連接結(jié)構(gòu)，其中包括4*4矩陣鍵盤與89C52單片機，89C52單片機與數(shù)碼管、74HC573鎖存器的選擇與各端口的電路連接。</p><p>　　第四章 人機交互模塊軟件程序設(shè)計</p><p>　　4.1 鎖存器鎖存程序</p>

65、<p>　　鎖存器鎖存使能端LE為下降沿有效，輸出使能端OE為低電平有效，所以在數(shù)據(jù)鎖存之前，先將輸出使能端OE設(shè)為0，確保數(shù)據(jù)能正常輸出，然后輸入數(shù)據(jù)至鎖存器，再將鎖存使能端LE從0設(shè)1再設(shè)0，這時所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在鎖存器輸出端上了，并且輸入的數(shù)據(jù)變化也影響不到輸出數(shù)據(jù)，直到下次LE轉(zhuǎn)變?yōu)?。</p><p>　　鎖存器鎖存流程圖如下圖4.1所示。</p><p>　

66、　圖4.1 鎖存器鎖存流程圖</p><p>　　4.2 行列掃描程序</p><p>　　在該程序中我們采用行列掃描方式進行按鍵的掃描，即逐行設(shè)置連接單片機8個I/O口的矩陣鍵盤的行列電平，首先設(shè)置第一行電平為0，其余為1，如果被按下的按鍵在第一行，由于在按鍵按下之后，該按鍵所在的列線電平被拉低，單片機P1口數(shù)據(jù)發(fā)生變化，記錄鍵值。若按下的按鍵不在第一行，隨即設(shè)置矩陣鍵盤第二行為電平為1

67、，其余為0，同理，如果鍵盤在第二行，I/O口的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，記錄鍵值。若不在第二行，程序進入第三行行列掃描，即設(shè)置矩陣鍵盤第三行為0，其余行列均為1，該行有按鍵按下時記錄鍵值，沒有按鍵按下時進入第四行掃描。將第四行行線設(shè)為0，其余行列線設(shè)為1，按鍵在該行時，I/O口數(shù)據(jù)改變，記錄鍵值，該行沒有按鍵按下時等待下次按鍵按下。其具體流程圖如下圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 行列掃描流程圖</p>

68、;<p>　　4.3 延時函數(shù)設(shè)計</p><p>　　程序中必須在每次有按鍵按下時都要去抖動后再檢測該按鍵是否按下，因為在按鍵按下時的實際波形與理想波形并不一致，實際波形在按下和釋放時都存在抖動，如圖4.3所示，鍵盤抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，為了使CPU對鍵盤的一次閉合僅做一次處理，必須去除鍵盤抖動。</p><p>　　圖4.3 按鍵按下時實際波形圖</p&g

69、t;<p>　　去抖動消除的方法有硬件和軟件兩種方法。硬件方法為定時器每隔一段時間定時掃描一次，當(dāng)掃描到按鍵按下時CPU執(zhí)行處理程序。一般在鍵較少時可用硬件方法；如果鍵較多，常用軟件的方法，檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，產(chǎn)生幾毫秒的延時，再檢測鍵的閉合狀態(tài)，確認(rèn)鍵是否真的被按下，當(dāng)檢測到按鍵釋放后，也要給出幾毫秒的延時，后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。</p><p><b>　　

70、4.4整體程序設(shè)計</b></p><p>　　4.4.1整體程序設(shè)計流程圖</p><p>　　人機交互模塊程序設(shè)計中，先是在按鍵按下之后，命令按鍵進行行列掃描，掃描完成之后進入按鍵處理，將相應(yīng)值送往斷碼和位碼，進行數(shù)碼管掃描顯示。因為數(shù)碼管共8位，所以當(dāng)位選進入第八位，斷碼顯示之后，程序進行清屏處理，等待下次8位數(shù)字的鍵入。</p><p>　　圖4

71、.4 整體程序設(shè)計流程圖</p><p><b>　　4.4.2程序設(shè)計</b></p><p>　　具體程序設(shè)計見附錄1。</p><p><b>　　4.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要講述人機交互系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計部分，除了主體程序設(shè)計外，還包括按鍵去抖動程序、中斷程序、數(shù)據(jù)

72、鎖存程序和按鍵掃描程序的執(zhí)行過程及其對應(yīng)的程序設(shè)計。</p><p>　　第五章 proteus調(diào)試與仿真并繪制PCB板</p><p>　　5.1 proteus軟件簡介 </p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟

73、件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模

74、型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。</p><p>　　5.2 軟件功能特點</p><p>　　Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisi

75、m）的功能。這些功能是：實現(xiàn)原理布圖；實現(xiàn)PCB自動或人工布線；實現(xiàn)SPICE電路仿真。其革命性的特點有：1．互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2．仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件(例：Multisim)的功能。這些功能

76、是： (1)原理布圖。(2)PCB自動或人工布線。(3)SPICE電路仿真。革命性的特點： (1)互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。(2)仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等

77、，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　5.3 實驗仿真功能實現(xiàn)</p><p>　　5.3.1 HEX文件生成</p><p>　　在keil中編寫完程序后，要將程序通過燒錄器燒寫到單片機中，這時就需要在keil中產(chǎn)生一個hex格式的文件，只有通過這種格式,燒錄器才能將程序燒寫到單片機中。hex文件格式是Intel公司提出的按地址排列的

78、數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)寬度為字節(jié),所有數(shù)據(jù)使用16進制數(shù)字表示, 常用來保存單片機或其他處理器的目標(biāo)程序代碼。它保存物理程序存儲區(qū)中的目標(biāo)代碼映象。一般的編程器都支持這種格式。在keil中對其進行如下設(shè)置，便能產(chǎn)生hex文件：</p><p>　　(1)點擊菜單“Option for Tagret '...'”</p><p>　　(2)選擇“Output”頁,鉤選“Create

79、HEX File”</p><p>　?。?）重編譯，如果程序無誤，在Project的當(dāng)前目錄即會產(chǎn)生HEX文件。</p><p>　　5.3.2實驗硬件電路連接</p><p>　　在proteus軟件下，單機library，選定所需的單片機及其配套元件。根據(jù)電路原理連接電路，繪制電路圖。即單片機89C52的P1口為矩陣鍵盤的輸入輸出，其中P1.0.P1.3為單片

80、機I/O口輸出，連接鍵盤4條行線。P1.4.P1.7為單片機的I/O口輸入，連接鍵盤4條列線。時鐘信號產(chǎn)生方式為內(nèi)部時鐘方式，即接晶振，并利用電容快速起振。電路采用按鍵與上電均有效方式。P0口為單片機的輸出口，連接段鎖存和位鎖存芯片，選取兩個74HC573芯片分別作為位鎖存和段鎖存芯片，段選片的數(shù)據(jù)輸出端接兩個顯示數(shù)碼管的a.dp段，位選片的數(shù)據(jù)輸出端接顯示屏的位選，其中顯示屏采用4位8段數(shù)碼管顯示，所以顯示屏共有2*4個位。4個與鍵盤

81、列線反接的二極管用來實現(xiàn)中斷，陽極接入P3.2。</p><p>　　雙擊單片機，彈出對話框，加載利用KILE軟件生成的HEX文件，點擊OK.在窗口左下方單擊播放按鈕，在圖中按下相應(yīng)的按鍵來實現(xiàn)仿真。</p><p>　　圖5.1 整體硬件電路圖繪制</p><p>　　5.4 用proteus進行調(diào)試</p><p>　　1，調(diào)試數(shù)碼管顯示

82、16進制數(shù)字‘37bf’,如圖5.2所示：</p><p>　　圖5.2 數(shù)碼管顯示‘37bf’</p><p>　　2，調(diào)試數(shù)碼管顯示‘FEDCbA98’</p><p>　　圖5.3 數(shù)碼管顯示‘FEDCbA98’</p><p>　　3，調(diào)試數(shù)碼管顯示‘01234567’，如圖5.4所示。</p><p>　　圖

83、5.4 數(shù)碼管顯示‘01234567’</p><p>　　5.5 用protel DXP繪制PCB板</p><p>　　根據(jù)上述原理圖，利用protel DXP軟件進行原理圖繪制、元器件的制作、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表最終獲得PCB板繪制如下圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 印刷電路板的繪制</p><p><b>　　5.6 本

84、章小結(jié)：</b></p><p>　　本章主要講述了proteus軟件功能特點及其如何利用KILE 軟件進行HEX文件的生成，連接人機交互實驗硬件電路，完成了實驗調(diào)試仿真過程，并通過protel DXP進行了電路板的繪制。</p><p>　　第六章 人機交互實驗改進</p><p>　　人機交互技術(shù)在近20年中得到迅速的發(fā)展，用戶通過人機交互界面與系統(tǒng)

85、交流，并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。單片機原理與接口技術(shù)課程已經(jīng)成為高等院校電子信息、自動化、測控技術(shù)等專業(yè)的一門必修課程。其中矩陣式鍵盤及其顯示也成為現(xiàn)在教學(xué)中尤為重要的章節(jié)。</p><p>　　作為一門理論與實踐應(yīng)用性很強的課程，不僅需要學(xué)生掌握扎實的理論知識，更需要培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和科技創(chuàng)新能力，因此，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)是該實驗的重要組成部分。如何進一步改進實驗

86、教學(xué)的學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生獨立思考、動手能力的水平是值得思考和關(guān)注的問題。</p><p>　　6.1 人機交互實驗教學(xué)的現(xiàn)狀</p><p>　　6.1.1 教學(xué)內(nèi)容不足</p><p>　　人機交互的實驗內(nèi)容主要以驗證性實驗為主，采用匯編語言為編程語言。學(xué)生一般根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的實驗原理、流程圖和硬件連線在實驗箱上來完成實驗，動手和思考的機會很

87、少。這就造成一方面學(xué)生缺乏對硬件的認(rèn)識，另一方面不利于學(xué)生在動手能力以及綜合應(yīng)用能力方面的培養(yǎng)。另外，學(xué)生在C語言方面的練習(xí)也少之又少，這就在一定程度上造成學(xué)習(xí)的知識與社會需求的脫節(jié)。</p><p>　　6.1.2 教學(xué)手段的落后</p><p>　　在實驗教學(xué)過程中，由于實驗教學(xué)經(jīng)費緊張和時間的限制，教師只是簡單地講授一下實驗的基本思路和操作方法，然后學(xué)生跟著做。學(xué)生在實驗過程中具有盲

88、目性，缺少循序漸進的思考方式，從而導(dǎo)致學(xué)生對所做實驗感到陌生，嚴(yán)重影響實驗教學(xué)效果。</p><p>　　6.2 實驗教學(xué)改進思考</p><p>　　我們做人機交互鍵盤顯示實驗，都是在課堂上聽完理論知識，再在下來的實驗課程里完成實驗。在較短時間內(nèi)要做出結(jié)果，我們只能按照試驗書中的內(nèi)容按部就班，有可能做完試驗還不知道每根連線的實際作用。所以，我覺得在實驗前應(yīng)做足全方面的了解，實驗時才能做的

89、得心應(yīng)手，才能將電路與實驗相結(jié)合。為了讓學(xué)生更好的理解到交互實驗，我提出以下具體的四點改進方式：</p><p>　　（1）由以往教師在課堂上純理論教學(xué)轉(zhuǎn)變成實驗室現(xiàn)場教學(xué)，老師做完實驗，學(xué)生根據(jù)老師的現(xiàn)場教學(xué)隨后做實驗，這樣學(xué)生能較快的吸收老師所講述的內(nèi)容，并對課堂上學(xué)習(xí)的課程及時得到溫故。理論講述中，老師應(yīng)在知識講述過程中帶上實體，如開發(fā)板。學(xué)生可以清楚的認(rèn)識到獨立鍵盤和矩陣型鍵盤，老師可以通過開發(fā)板實驗來演

90、示人機交互過程。通過實體講解，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。 隨后，學(xué)生進行實驗，學(xué)習(xí)的內(nèi)容可以很快與實驗相結(jié)合，避免了教學(xué)與實驗相脫節(jié)。</p><p>　?。?）利用Proteus仿真軟件輔助實驗教學(xué)。通過Proteus軟件講解人機交互中的硬件電路及工作過程，現(xiàn)場連線并演示運行結(jié)果，老師可以通過連線對學(xué)生講解每條連線的意義。如本論文第三章講述到矩陣鍵盤中實現(xiàn)中斷的二極管應(yīng)接89C52的P3.2口，通過proteus仿

91、真軟件演示，學(xué)生可以清楚的了解到中斷連接線的意義，而非像往常實驗連線，只是盲目的照著實驗連線進行連線，并不了解其中硬件電路連接的意義。硬件電路圖還可以幫助學(xué)生讀懂程序，使每句程序都能在電路中得到相應(yīng)的解釋，避免了學(xué)生盲目加載程序而不知其意義。</p><p>　?。?）開展相應(yīng)的人機交互仿真技能競賽，由學(xué)生先按照老師上課講述進行基礎(chǔ)性實驗仿真，老師通過得分選出優(yōu)異者進行綜合性實驗仿真，所謂綜合性實驗仿真即要求學(xué)生

92、通過學(xué)習(xí)矩陣鍵盤原理，通過自行更改掃描順序和鍵值，并用仿真軟件運行結(jié)果。之后，綜合性仿真的優(yōu)勝者進入設(shè)計性實驗仿真，設(shè)計性實驗仿真是學(xué)生不僅要更改電路，還要根據(jù)更改后的電路自行設(shè)計程序，并用仿真軟件進行仿真。上述人機交互仿真技能競賽具體流程圖如下圖6.1所示。</p><p>　?。?）為了切實可行地給學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)條件，學(xué)校還設(shè)立相應(yīng)的開放實驗室，并建立開放實驗室管理系統(tǒng)，包括實驗網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)、實驗運行管理系統(tǒng)和

93、門禁管理系統(tǒng)。學(xué)生除了可以在課堂上接受知識之外，還可以通過開放實驗室自行進行實驗，如果上課實驗沒有完成，或者是有想法需要驗證，開放實驗室都可以提供相應(yīng)的幫助。</p><p>　　圖6.1 人機交互比賽流程圖</p><p><b>　　本章小結(jié)：</b></p><p>　　本章主要結(jié)合人機交互實驗現(xiàn)階段教學(xué)內(nèi)容存在的問題，對交互實驗的改進提

94、出了四點思考，包括：試驗與教學(xué)相結(jié)合、利用Proteus仿真軟件輔助實驗教學(xué)、開展相應(yīng)的人機交互仿真技能競賽和設(shè)立開放性實驗室。</p><p><b>　　第七章 總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　7.1 工作總結(jié)</b></p><p>　　2012年1月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成

95、。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 </p><p>　　1月初，在導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來，是：基于MCS51單片機的實驗開發(fā)系統(tǒng)人機交互模塊設(shè)計與實驗改進。當(dāng)選題報告，開題報告定下來的時候，我當(dāng)時便立刻

96、著手資料的收集工作中，當(dāng)時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。 </p><p>　　3月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始進行相關(guān)圖形的繪制工作和電路的設(shè)計工作。為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了Excel的繪圖技術(shù)。在設(shè)計電路初期，由于沒有設(shè)計經(jīng)驗，覺得無從下手，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計漸漸有了頭緒，通過查閱

97、資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。</p><p>　　4月我開始編寫相應(yīng)軟件程序，進行軟件的調(diào)試；系統(tǒng)軟件、硬件結(jié)合進行整機調(diào)試，實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系并進行人機交互模塊實驗方法的更新和改進。調(diào)試的過程中雖屢戰(zhàn)屢敗，但最終通過自己的努力，終將實驗調(diào)試成功。</p><p>　　5月開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困

98、難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。 </p><p>　　當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。 </p><p>　　我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找

99、資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；親手設(shè)計電路圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實現(xiàn)時那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多單片機、矩陣鍵盤、LED顯示屏的知識，讓我對我所學(xué)過的知識有所鞏固和提高。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作

100、有很大的幫助。腳踏實地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。在整個過程中，我學(xué)到了新知識，增長了見識。</p><p>　　7.2 本次設(shè)計展望</p><p>　　由于我個人理論知識水平有限，本次設(shè)計僅僅做出矩陣鍵盤和LED顯示，在今后的學(xué)習(xí)中，要不斷擴充自己，爭取做出更高級的人機交互模式。我們可以將矩陣鍵盤可改為觸摸屏，LED顯示

101、改為LCD液晶屏，這樣就可以進行更準(zhǔn)確的進行信息反饋，使設(shè)計的人機交互更實用于現(xiàn)實生活。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此更要感謝我的導(dǎo)師呂建波、羅振元老師，是您的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬

102、的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李全利﹒單片機原理及接口技術(shù)﹒高等教育出版社，2009.1

103、:35.</p><p>　　[2]李全利﹒單片機原理及接口技術(shù)﹒高等教育出版社,2004.1.</p><p>　　[3]陳海宴﹒51單片機原理及應(yīng)用[M]﹒北京航空航天大學(xué)出版社，2010.</p><p>　　[4]劉守義等﹒單片機技術(shù)基礎(chǔ)[M]﹒西安電子科技大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[5]李廣弟等﹒單片機基礎(chǔ)[M]﹒

104、北京航空航天出版社，2001.</p><p>　　[6]俞錫存﹒單片機原理與接口技術(shù)﹒西安電子科技大學(xué)出版社,2001.7.</p><p>　　[7]李朝青﹒單片機原理及接口技術(shù)﹒北京，1998.1:66.</p><p>　　[8]閻石﹒數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)﹒北京航空航天出版社，1998.12</p><p>　　[9]江曉安等﹒數(shù)字電子技

105、術(shù)﹒西安電子科技大學(xué)，2002.5</p><p>　　[10]藩新民/王燕芳﹒微型計算機控制技術(shù)．北京大學(xué)出版社，2005.3:52.</p><p>　　[11]楊將新﹒單片機程序設(shè)計及應(yīng)用﹒北京：電子工業(yè)出版社，2006.3.</p><p>　　[12]彭為，黃科，雷道仲﹒單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M]﹒北京：電子工業(yè) 出版社，2006.5</p

106、><p>　　[13]江思敏 陳明﹒Protel電路設(shè)計教程（第二版）[M] ﹒北京：清華大學(xué)出版社，2007.2</p><p>　　[14]樓然苗等﹒51 系列單片機設(shè)計實例﹒北京航空航天出版社， 2003.3 </p><p>　　[15]唐俊翟等﹒單片機原理與應(yīng)用﹒冶金工業(yè)出版社， 2003.9 </p><p>　　[16]劉瑞新等﹒單

107、片機原理及應(yīng)用教程﹒機械工業(yè)出版社， 2003.7 </p><p>　　[17]吳國經(jīng)等﹒單片機應(yīng)用技術(shù)﹒中國電力出版社， 2004.1 </p><p>　　[18]侯媛彬等﹒凌陽單片機原理及其畢業(yè)設(shè)計精選﹒科學(xué)出版社，2006年， </p><p>　　[19]霍孟友等﹒單片機原理與應(yīng)用﹒機械工業(yè)出版社，2004.1 </p><p>

108、　　[20]許泳龍等﹒單片機原理及應(yīng)用﹒機械工業(yè)出版社，2005.1 </p><p>　　[21]馬忠梅等﹒單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計﹒北京航空航天大學(xué)出版社，2003 </p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　#include </b></p><p>　　#de

109、fine DataPort P0 </p><p>　　#define KeyPort P1</p><p>　　sbit LATCH1=P2^2;</p><p>　　sbit LATCH2=P2^3;</p><p>　　unsigned char code DuanMa[]{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,