基于mcs51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)論文[帶圖紙]

1、<p>　　西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系</p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 基于MCS51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng) </p><p>　　人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)改進(jìn) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 08機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（2）班 </p><p>

2、;　　學(xué) 號(hào) 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(jì)

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(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)分表</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)分表</p><p>　　西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄</p><p>　　注：1、畢業(yè)論文成績(jī)=指導(dǎo)教師成績(jī)×40%＋評(píng)閱教師成績(jī)×20%＋答辯成績(jī)×40%；</p>

5、;<p>　　2、答辯委員會(huì)認(rèn)定成績(jī)是根據(jù)該生畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的表現(xiàn)及該專業(yè)整體論文情況的綜合評(píng)定成績(jī)。</p><p>　　3、論文等級(jí)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(jī)的實(shí)驗(yàn)</p><p&g

6、t;　　開發(fā)系統(tǒng)人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，而交互設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)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(duì)計(jì)算機(jī)的普及，人機(jī)交互界面越來(lái)越受到人們的重視。在現(xiàn)代各類儀器的開發(fā)中，人機(jī)交互功能正起著無(wú)可替代的作用。機(jī)器與人類的友好性發(fā)展使得人機(jī)交互界面更適用于當(dāng)

7、今社會(huì)，從而提高人們的工作效率。本次設(shè)計(jì)主要研究人機(jī)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(guò)輸入設(shè)備給計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)指令，計(jì)算機(jī)之后執(zhí)行指令并將結(jié)果通過(guò)輸出設(shè)備表示出來(lái)。本文采用單片機(jī)、鎖存器、矩陣鍵盤和數(shù)碼管顯示四大部分構(gòu)成人機(jī)交互系統(tǒng)，在掌握交互原理的基礎(chǔ)上對(duì)人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行了整體的系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)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(duì)人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提出了個(gè)人想法。文章最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)和展望。</

8、p><p>　　關(guān)鍵詞：人機(jī)界面,交互設(shè)計(jì),單片機(jī)</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(jī)交互國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本次課題主要研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　第二章 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)原理與整體方案2</p><

13、p>　　2.1 人機(jī)交互模塊基本構(gòu)成2</p><p>　　2.2 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)原理3</p><p>　　2.2.1 MCS51單片機(jī)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(jī)交互模塊整體設(shè)計(jì)方案6

14、</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)7</b></p><p>　　第三章 人機(jī)交互模塊硬件電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 單片機(jī)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(jì)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(jī)交互模塊軟件程序設(shè)計(jì)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(shí)函數(shù)設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.4整體程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4.1整體程序設(shè)計(jì)流程圖15&

17、lt;/p><p>　　4.4.2程序設(shè)計(jì)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(jiǎn)介17</p><p>　　5.2 軟件功能特點(diǎn)17</p><p>　　5.

18、3 實(shí)驗(yàn)仿真功能實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　5.3.1 HEX文件生成17</p><p>　　5.3.2實(shí)驗(yàn)硬件電路連接19</p><p>　　5.4 用proteus進(jìn)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(jī)交互實(shí)驗(yàn)改進(jìn)23</p><p>　　6.1 人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)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(jì)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(cuò)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(jī)交互、人機(jī)互動(dòng)（Human Computer Interfa

22、ce，簡(jiǎn)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(dòng)關(guān)系的學(xué)問(wèn)。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見(jiàn)的部分。用戶通過(guò)人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。小如收音機(jī)的播放按鍵，大至飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。操作系統(tǒng)的人機(jī)交互功能是決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“友善性”的一個(gè)重要因素。人機(jī)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(lái)完成?？晒┤藱C(jī)交互使用的設(shè)備主要有鍵盤

23、顯示、鼠標(biāo)、各種模式識(shí)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(jī)交互功能的部分。人機(jī)交互部分的主要作用是執(zhí)行通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備傳來(lái)的有關(guān)的各種命令和要求。</p><p>　　本文以MCS51系列單片機(jī)為核心處理器，通過(guò)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(guò)顯示器顯示的這一過(guò)程，設(shè)計(jì)出單片機(jī)的人機(jī)互換模塊，并在proteus環(huán)境下進(jìn)行仿真，進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理通過(guò)實(shí)際

24、程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)。通過(guò)完成人機(jī)交互模塊的完整過(guò)程，從而從實(shí)踐了解到單片機(jī)系統(tǒng)，強(qiáng)化了所學(xué)理論知識(shí)。</p><p>　　1.2 人機(jī)交互國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，操作命令也越來(lái)越多，功能也越來(lái)越強(qiáng)。隨著模式識(shí)別，如語(yǔ)音識(shí)別、漢字識(shí)別等輸入設(shè)備的發(fā)展，操作員和計(jì)算機(jī)在類似于自然語(yǔ)言或受限制的自然語(yǔ)言這一級(jí)上進(jìn)行交互成為可能。

25、此外，通過(guò)圖形進(jìn)行人機(jī)交互也吸引著人們?nèi)ミM(jìn)行研究。這些人機(jī)交互可稱為智能化的人機(jī)交互。這方面的研究工作正在積極開展。人機(jī)交互技術(shù)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)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(dòng)作、視線甚至腦電波等向計(jì)算機(jī)傳遞信息；計(jì)算機(jī)通過(guò)打印機(jī)，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(jī)交互技術(shù)正處于多通道、多媒體的智能人機(jī)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(wèn)世。側(cè)重多媒體技術(shù)的有:觸摸式顯示屏實(shí)現(xiàn)的“桌面”計(jì)算機(jī)，能夠隨意折疊的柔性顯示屏制造的電子書，從電影院搬進(jìn)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(shí)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(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，輸入設(shè)備為攝像機(jī)、圖像采集卡的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，以IPHONE手機(jī)為代表的可支持更復(fù)雜的姿勢(shì)識(shí)別的多觸點(diǎn)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(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域熱點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用潛力已經(jīng)開始展現(xiàn)，比如智能手機(jī)配備的地理空間跟蹤技術(shù)，應(yīng)用于可穿戴式計(jì)算機(jī)、隱身技術(shù)、浸入式游戲等的動(dòng)作識(shí)別技術(shù)，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、遙控

28、機(jī)器人及遠(yuǎn)程醫(yī)療等的觸覺(jué)交互技術(shù)，應(yīng)用于呼叫路由、家庭自動(dòng)化及語(yǔ)音撥號(hào)等場(chǎng)合的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，對(duì)于有語(yǔ)言障礙的人士的無(wú)聲語(yǔ)音識(shí)別，應(yīng)用于廣告、網(wǎng)站、產(chǎn)品目錄、雜志效用測(cè)試的眼動(dòng)跟蹤技術(shù)，針對(duì)有語(yǔ)言和行動(dòng)障礙人開發(fā)的“意念輪椅”采用的基于腦電波的人機(jī)界面技術(shù)等。熱點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，基于視覺(jué)的手勢(shì)識(shí)別率低，實(shí)時(shí)性差，需要研究各種算法來(lái)改善識(shí)別的精度和速度，眼睛虹膜、掌紋、筆跡、步態(tài)、語(yǔ)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(yǔ)言理解雖然目前在語(yǔ)言模型、語(yǔ)料庫(kù)等方面有進(jìn)展外，仍將是人機(jī)交互的重要目標(biāo)，多通道的整合也是人機(jī)交互的熱點(diǎn)，另外，與“無(wú)所不在的計(jì)算”、“云計(jì)算”等相關(guān)技術(shù)的融合與促進(jìn)也需要繼續(xù)探索。</p><p>　　1.3 本次課題主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題主要研究MCS51單片機(jī)人機(jī)交換系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互是人通過(guò)輸入數(shù)據(jù)的方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的一種方式，它是人

30、機(jī)交互的重要內(nèi)容和形式。其一般的交互過(guò)程是：用戶首先通過(guò)矩陣鍵盤為輸入設(shè)備把數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)；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(jì)任務(wù)如下：</p><p>　　1．分析各類基于MCS51系列單片機(jī)的人機(jī)互換模塊設(shè)計(jì)，主要包括矩陣式鍵盤、LED顯示；</p><p>　　2．設(shè)計(jì)出人機(jī)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(jìn)行軟件的調(diào)試；</p><p>　　5．進(jìn)行系統(tǒng)軟件、硬件結(jié)合進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互換的輸入輸出；</p><p>　　6. 針對(duì)本科單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行人機(jī)交互模塊實(shí)驗(yàn)方法的更新和改進(jìn)。</p>&

32、lt;p>　　第二章 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)原理與整體方案</p><p>　　2.1 人機(jī)交互模塊基本構(gòu)成</p><p>　　人機(jī)交互過(guò)程即為人們通過(guò)輸入設(shè)備輸入信息，系統(tǒng)響應(yīng)輸入，再通過(guò)輸出設(shè)備將信號(hào)反饋出來(lái)。本次設(shè)計(jì)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(jī)作為核心處理器，一個(gè)段鎖存器和一個(gè)位鎖存器來(lái)完成數(shù)據(jù)鎖存處理。這四部

33、分模塊對(duì)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(jī)交互模塊基本流程</p><p>　　2.2 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)原理</p><p>　　2.2.1 MCS51單片機(jī)的選擇</p><p>　　MCS51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031

34、，8051，8751，8032，8052，8752等。該系列單片機(jī)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(bǔ)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(diǎn)，還具有HMOS的低功耗的特點(diǎn)。在產(chǎn)品中凡帶有字母型號(hào)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(jī)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(jī)分為基本型和增強(qiáng)型兩類，通常以芯片型號(hào)的末位數(shù)字來(lái)區(qū)分，“1” 為基本型“2” 為增強(qiáng)型。MCS51單片機(jī)基本型包含：CPU系統(tǒng)，存儲(chǔ)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(shí)鐘電路和總線控制。存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊功能寄存器SFR。I/O口和其他控制單元包括4個(gè)并行I/O

36、口，2個(gè)16位定時(shí)/</p><p>　　89C52單片機(jī)采用的是具有總線擴(kuò)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(gè)引腳，ALE為地址鎖存允許信號(hào)，EA為內(nèi)外存儲(chǔ)器引腳。PSEN為外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)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(jī)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(shí)，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(guò)一個(gè)按鍵加以連

38、接。這樣，8條端口線就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)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(jì)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(guò)電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)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(méi)有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無(wú)鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過(guò)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>　　（1）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(shí)別方法，如上圖所示鍵盤，具體過(guò)程如下。1、判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下：將全部行線P14.P17置低電平，然后檢測(cè)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(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無(wú)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(jìn)入確定具體閉合鍵的過(guò)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(shí)，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(cè)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(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，低四位不會(huì)變，此時(shí)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(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，高四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的列位置。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)我們采用行列掃描法， 具體流程圖見(jiàn)第四章。</p><p>　　2.2.2 數(shù)碼管顯示原理</p><p>　　LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)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(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2個(gè)8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個(gè)“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(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過(guò)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(yáng)兩類，發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)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(huì)發(fā)

45、光，當(dāng)給發(fā)光二極管加上負(fù)向電壓就不會(huì)發(fā)光。圖2.5是共陰和共陽(yáng)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(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路圖</p><p>　　2.2.4 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)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(dòng)方

46、式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。</p><p><b>　?。?）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器

47、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。</p><p><b>　　（2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)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(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)

48、數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)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(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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(shí)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(shí)候就需要?jiǎng)討B(tài)掃描。動(dòng)態(tài)掃描實(shí)際上執(zhí)行的是動(dòng)態(tài)顯示，由于動(dòng)態(tài)速度很快，人眼分辨不出是在動(dòng)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(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.3 人機(jī)交互模塊整體設(shè)計(jì)方案</p&g

50、t;<p>　　本次設(shè)計(jì)選擇MCS51單片機(jī)中的89C52為核心驅(qū)動(dòng)，4*4矩陣鍵盤為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，兩個(gè)四位八段數(shù)碼管顯示為系統(tǒng)的輸出設(shè)備，兩個(gè)74HC573為數(shù)據(jù)鎖存器，一個(gè)為段鎖存器，另一個(gè)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(jī)交互整體設(shè)計(jì)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(jī)與鎖存器的結(jié)構(gòu)及原理，選取了鍵盤、數(shù)碼管、單片機(jī)及其鎖存器的類型，設(shè)計(jì)出人機(jī)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(jī)交互模塊硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) </p><p>　　如下圖3.1所

52、示為本次設(shè)計(jì)單片機(jī)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(jī)P0口內(nèi)部沒(méi)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(jī)P0口正常輸出。</p><p>　　圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 晶振電路</p><p>　　單片機(jī)的工作過(guò)程是：取一條指令、譯碼、進(jìn)行微操作，再取一條指令、譯碼

53、、進(jìn)行為微操作，這樣自動(dòng)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(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種為操作的時(shí)間次序?yàn)闀r(shí)序。</p><p>　　51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生。一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式是在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振即可。兩個(gè)電容的作用是用來(lái)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(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用內(nèi)部時(shí)鐘方式，其電路圖如下圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 內(nèi)部時(shí)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(jī)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(jī)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(hào)時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位信號(hào)變低電平時(shí)，單片機(jī)開始執(zhí)行程序。實(shí)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(jī)自動(dòng)實(shí)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(diǎn)評(píng)逐漸降低，RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)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(jì)</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(jì)為帶中斷，即每根列線連接一個(gè)二極管，當(dāng)有按鍵被按下時(shí)，該

57、列線所接二極管導(dǎo)通，當(dāng) CPU得知按鍵按下，單片機(jī)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(jī)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(duì)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(guò)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(jì)選擇所存器的是74HC573，接下來(lái)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(lái)，使 CPU 送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時(shí)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(jì)采用74HC573作為系統(tǒng)中的鎖存器，來(lái)實(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí),在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持。當(dāng)LE為低電平時(shí)，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(guò)控制鎖存引腳，

60、來(lái)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(lái)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(jìn)行位選和段選，來(lái)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(shí)，相應(yīng)的數(shù)字便會(huì)亮。&l

61、t;/p><p>　　3.3.2數(shù)碼管選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，為使二極管發(fā)光，則其對(duì)應(yīng)的段碼應(yīng)為高電平時(shí)，該段對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管亮，當(dāng)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)斷碼為低電平時(shí)，數(shù)碼管中對(duì)應(yīng)的二極管不導(dǎo)通，數(shù)碼管中對(duì)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(duì)應(yīng)的16進(jìn)制字符碼的對(duì)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(duì)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(jī)的P0口接下圖中的J3端，并同時(shí)接入兩個(gè)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(gè)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(gè)數(shù)碼管的com端。因?yàn)楣碴帞?shù)碼管，所以位選為低電平時(shí)數(shù)碼管該位才會(huì)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(guò)89C52單片機(jī)連接，即構(gòu)成了人機(jī)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(jī)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(jī)，89C52單片機(jī)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(jī)交互模塊軟件程序設(shè)計(jì)</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(shí)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(jìn)行按鍵的掃描，即逐行設(shè)置連接單片機(jī)8個(gè)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(jī)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(jìn)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(shí)記錄鍵值，沒(méi)有按鍵按下時(shí)進(jìn)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(shí)，I/O口數(shù)據(jù)改變，記錄鍵值，該行沒(méi)有按鍵按下時(shí)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(shí)函數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　程序中必須在每次有按鍵按下時(shí)都要去抖動(dòng)后再檢測(cè)該按鍵是否按下，因?yàn)樵诎存I按下時(shí)的實(shí)際波形與理想波形并不一致，實(shí)際波形在按下和釋放時(shí)都存在抖動(dòng)，如圖4.3所示，鍵盤抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了使CPU對(duì)鍵盤的一次閉合僅做一次處理，必須去除鍵盤抖動(dòng)。</p><p>　　圖4.3 按鍵按下時(shí)實(shí)際波形圖</p&g

69、t;<p>　　去抖動(dòng)消除的方法有硬件和軟件兩種方法。硬件方法為定時(shí)器每隔一段時(shí)間定時(shí)掃描一次，當(dāng)掃描到按鍵按下時(shí)CPU執(zhí)行處理程序。一般在鍵較少時(shí)可用硬件方法；如果鍵較多，常用軟件的方法，檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，產(chǎn)生幾毫秒的延時(shí)，再檢測(cè)鍵的閉合狀態(tài)，確認(rèn)鍵是否真的被按下，當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給出幾毫秒的延時(shí)，后沿抖動(dòng)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(jì)</b></p><p>　　4.4.1整體程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　人機(jī)交互模塊程序設(shè)計(jì)中，先是在按鍵按下之后，命令按鍵進(jìn)行行列掃描，掃描完成之后進(jìn)入按鍵處理，將相應(yīng)值送往斷碼和位碼，進(jìn)行數(shù)碼管掃描顯示。因?yàn)閿?shù)碼管共8位，所以當(dāng)位選進(jìn)入第八位，斷碼顯示之后，程序進(jìn)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(jì)流程圖</p><p><b>　　4.4.2程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　具體程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄1。</p><p><b>　　4.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要講述人機(jī)交互系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)部分，除了主體程序設(shè)計(jì)外，還包括按鍵去抖動(dòng)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(guò)程及其對(duì)應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。</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(jiǎn)介 </p><p>　　Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)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(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)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(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，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(diǎn)</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(shí)現(xiàn)原理布圖；實(shí)現(xiàn)PCB自動(dòng)或人工布線；實(shí)現(xiàn)SPICE電路仿真。其革命性的特點(diǎn)有：1．互動(dòng)的電路仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)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。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。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(dòng)或人工布線。(3)SPICE電路仿真。革命性的特點(diǎn)： (1)互動(dòng)的電路仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)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(jī)。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(yùn)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(jì)開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　5.3 實(shí)驗(yàn)仿真功能實(shí)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(guò)燒錄器燒寫到單片機(jī)中，這時(shí)就需要在keil中產(chǎn)生一個(gè)hex格式的文件，只有通過(guò)這種格式,燒錄器才能將程序燒寫到單片機(jī)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(jìn)制數(shù)字表示, 常用來(lái)保存單片機(jī)或其他處理器的目標(biāo)程序代碼。它保存物理程序存儲(chǔ)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(duì)其進(jìn)行如下設(shè)置，便能產(chǎn)生hex文件：</p><p>　　(1)點(diǎn)擊菜單“Option for Tagret '...'”</p><p>　　(2)選擇“Output”頁(yè),鉤選“Create

79、HEX File”</p><p>　?。?）重編譯，如果程序無(wú)誤，在Project的當(dāng)前目錄即會(huì)產(chǎn)生HEX文件。</p><p>　　5.3.2實(shí)驗(yàn)硬件電路連接</p><p>　　在proteus軟件下，單機(jī)library，選定所需的單片機(jī)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(jī)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(jī)I/O口輸出，連接鍵盤4條行線。P1.4.P1.7為單片機(jī)的I/O口輸入，連接鍵盤4條列線。時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生方式為內(nèi)部時(shí)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(jī)的輸出口，連接段鎖存和位鎖存芯片，選取兩個(gè)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(gè)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(gè)位。4個(gè)與鍵盤

81、列線反接的二極管用來(lái)實(shí)現(xiàn)中斷，陽(yáng)極接入P3.2。</p><p>　　雙擊單片機(jī)，彈出對(duì)話框，加載利用KILE軟件生成的HEX文件，點(diǎn)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(lái)實(shí)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(jìn)行調(diào)試</p><p>　　1，調(diào)試數(shù)碼管顯示

82、16進(jìn)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(jìn)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(diǎn)及其如何利用KILE 軟件進(jìn)行HEX文件的生成，連接人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)硬件電路，完成了實(shí)驗(yàn)調(diào)試仿真過(guò)程，并通過(guò)protel DXP進(jìn)行了電路板的繪制。</p><p>　　第六章 人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)改進(jìn)</p><p>　　人機(jī)交互技術(shù)在近20年中得到迅速的發(fā)展，用戶通過(guò)人機(jī)交互界面與系統(tǒng)

85、交流，并進(jìn)行操作。小如收音機(jī)的播放按鍵，大至飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。單片機(jī)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(dòng)化、測(cè)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(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，不僅需要學(xué)生掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，更需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和科技創(chuàng)新能力，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是該實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。如何進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

86、教學(xué)的學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手能力的水平是值得思考和關(guān)注的問(wèn)題。</p><p>　　6.1 人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀</p><p>　　6.1.1 教學(xué)內(nèi)容不足</p><p>　　人機(jī)交互的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，采用匯編語(yǔ)言為編程語(yǔ)言。學(xué)生一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)原理、流程圖和硬件連線在實(shí)驗(yàn)箱上來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手和思考的機(jī)會(huì)很

87、少。這就造成一方面學(xué)生缺乏對(duì)硬件的認(rèn)識(shí)，另一方面不利于學(xué)生在動(dòng)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(yǔ)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(shí)與社會(huì)需求的脫節(jié)。</p><p>　　6.1.2 教學(xué)手段的落后</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張和時(shí)間的限制，教師只是簡(jiǎn)單地講授一下實(shí)驗(yàn)的基本思路和操作方法，然后學(xué)生跟著做。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中具有盲

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

89、得心應(yīng)手，才能將電路與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。為了讓學(xué)生更好的理解到交互實(shí)驗(yàn)，我提出以下具體的四點(diǎn)改進(jìn)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(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，老師做完實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)老師的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)隨后做實(shí)驗(yàn)，這樣學(xué)生能較快的吸收老師所講述的內(nèi)容，并對(duì)課堂上學(xué)習(xí)的課程及時(shí)得到溫故。理論講述中，老師應(yīng)在知識(shí)講述過(guò)程中帶上實(shí)體，如開發(fā)板。學(xué)生可以清楚的認(rèn)識(shí)到獨(dú)立鍵盤和矩陣型鍵盤，老師可以通過(guò)開發(fā)板實(shí)驗(yàn)來(lái)演

90、示人機(jī)交互過(guò)程。通過(guò)實(shí)體講解，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。 隨后，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容可以很快與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，避免了教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)。</p><p>　?。?）利用Proteus仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)Proteus軟件講解人機(jī)交互中的硬件電路及工作過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)連線并演示運(yùn)行結(jié)果，老師可以通過(guò)連線對(duì)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(shí)現(xiàn)中斷的二極管應(yīng)接89C52的P3.2口，通過(guò)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(shí)驗(yàn)連線，只是盲目的照著實(shí)驗(yàn)連線進(jìn)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(jī)交互仿真技能競(jìng)賽，由學(xué)生先按照老師上課講述進(jìn)行基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)仿真，老師通過(guò)得分選出優(yōu)異者進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)仿真，所謂綜合性實(shí)驗(yàn)仿真即要求學(xué)生

92、通過(guò)學(xué)習(xí)矩陣鍵盤原理，通過(guò)自行更改掃描順序和鍵值，并用仿真軟件運(yùn)行結(jié)果。之后，綜合性仿真的優(yōu)勝者進(jìn)入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)仿真，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)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(jì)程序，并用仿真軟件進(jìn)行仿真。上述人機(jī)交互仿真技能競(jìng)賽具體流程圖如下圖6.1所示。</p><p>　　（4）為了切實(shí)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(shí)驗(yàn)室，并建立開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)運(yùn)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(shí)之外，還可以通過(guò)開放實(shí)驗(yàn)室自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如果上課實(shí)驗(yàn)沒(méi)有完成，或者是有想法需要驗(yàn)證，開放實(shí)驗(yàn)室都可以提供相應(yīng)的幫助。</p><p>　　圖6.1 人機(jī)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(jī)交互實(shí)驗(yàn)現(xiàn)階段教學(xué)內(nèi)容存在的問(wèn)題，對(duì)交互實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提

94、出了四點(diǎn)思考，包括：試驗(yàn)與教學(xué)相結(jié)合、利用Proteus仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開展相應(yīng)的人機(jī)交互仿真技能競(jìng)賽和設(shè)立開放性實(shí)驗(yàn)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(shí)至今日，論文基本完成

95、。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)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(lái)，是：基于MCS51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。當(dāng)選題報(bào)告，開題報(bào)告定下來(lái)的時(shí)候，我當(dāng)時(shí)便立刻

96、著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)面對(duì)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(duì)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(jìn)行相關(guān)圖形的繪制工作和電路的設(shè)計(jì)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(jì)電路初期，由于沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，覺(jué)得無(wú)從下手，經(jīng)過(guò)導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)漸漸有了頭緒，通過(guò)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(jìn)行軟件的調(diào)試；系統(tǒng)軟件、硬件結(jié)合進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系并進(jìn)行人機(jī)交互模塊實(shí)驗(yàn)方法的更新和改進(jìn)。調(diào)試的過(guò)程中雖屢戰(zhàn)屢敗，但最終通過(guò)自己的努力，終將實(shí)驗(yàn)調(diào)試成功。</p><p>　　5月開始著手論文的寫作。在寫作過(guò)程中遇到困難我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困

98、難一個(gè)一個(gè)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(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺(jué)得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過(guò)程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過(guò)程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。 </p><p>　　我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)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(duì)無(wú)數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮；親手設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)間里，記憶最深的是每一步小小思路實(shí)現(xiàn)時(shí)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(wú)疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無(wú)盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多單片機(jī)、矩陣鍵盤、LED顯示屏的知識(shí)，讓我對(duì)我所學(xué)過(guò)的知識(shí)有所鞏固和提高。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作

100、有很大的幫助。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。在整個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)。</p><p>　　7.2 本次設(shè)計(jì)展望</p><p>　　由于我個(gè)人理論知識(shí)水平有限，本次設(shè)計(jì)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(kuò)充自己，爭(zhēng)取做出更高級(jí)的人機(jī)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L(zhǎng)CD液晶屏，這樣就可以進(jìn)行更準(zhǔn)確的進(jìn)行信息反饋，使設(shè)計(jì)的人機(jī)交互更實(shí)用于現(xiàn)實(shí)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(jì)。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無(wú)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(shí)、無(wú)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(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，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(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)基礎(chǔ)[M]﹒

104、北京航空航天出版社，2001.</p><p>　　[6]俞錫存﹒單片機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)程序設(shè)計(jì)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(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)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(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例﹒北京航空航天出版社， 2003.3 </p><p>　　[15]唐俊翟等﹒單片機(jī)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(jī)原理及應(yīng)用教程﹒機(jī)械工業(yè)出版社， 2003.7 </p><p>　　[17]吳國(guó)經(jīng)等﹒單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)﹒中國(guó)電力出版社， 2004.1 </p><p>　　[18]侯媛彬等﹒凌陽(yáng)單片機(jī)原理及其畢業(yè)設(shè)計(jì)精選﹒科學(xué)出版社，2006年， </p><p>　　[19]霍孟友等﹒單片機(jī)原理與應(yīng)用﹒機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1 </p><p>

108、　　[20]許泳龍等﹒單片機(jī)原理及應(yīng)用﹒機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1 </p><p>　　[21]馬忠梅等﹒單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)﹒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,