基于mcs51单片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进论文[带图纸

基于mcs51单片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进论文[带图纸内容摘要：

用 proteus进行调试 ........................................................................................ 19 用 protel DXP绘制 PCB板 ............................................................................... 21 本章小结： ...................................................................................................... 22 第六章 人机交互实验改进 ............................................................................................. 23 人机交互实验教学的现状 ................................................................................. 23 教学内容不足 ........................................................................................ 23 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 教学手段的落后 ..................................................................................... 23 实验教学改进思考 ............................................................................................ 23 本章小结： ............................................................................................................. 24 第七章 总结与展望 ........................................................................................................ 25 工作总结 .......................................................................................................... 25 本次设计展望 ................................................................................................... 25 致谢 ............................................................................................................................... 26 参考文献 ........................................................................................................................ 27 附录 1 ............................................................................................................................ 28 附录 2 .................................................................................................. 错误 !未定义书签。 第一章 绪论 人机交互、人机互动（ Human Computer Interface，简写 HCI，又称用户界面或使用者界面）：是一门研究系统与用户之间的互动关系的学问。 系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。 人机交互界面通常是指用户可见的部分。 用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。 小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。 操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。 人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。 可供人机交互毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。 与这些设备相应的软件就是操 作系统提供人机交互功能的部分。 人机交互部分的主要作用是执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。 本文以 MCS51 系列单片机为核心处理器，通过操作员从键盘打入命令，操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示的这一过程，设计出单片机的人机互换模块，并在 proteus 环境下进行仿真，进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。 通过完成人机交互模块的完整过程，从而从实践了解到单片机系统，强化了所学理论知识。 人机交互国内外发展现状 随着计 算机技术的发展，操作命令也越来越多，功能也越来越强。 随着模式识别，如语音识别、汉字识别等输入设备的发展，操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。 此外，通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。 这些人机交互可称为智能化的人机交互。 这方面的研究工作正在积极开展。 人机交互技术是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话、交换信息的技术。 人们可以借助键盘、鼠标、操作杆、位置跟踪器、数据手套等设备，用手、脚、声音、姿态和身体的动作、视线甚至脑电波等向计算机传递信息； 计算机通过打印机，绘图仪、头盔式显示器、音频等输出设备或显示设备给人提供信息。 目前，人机交互技术正处于多通道、多媒体的智能人机交互阶段，已经取得了不少研究成果，不少产品已经问世。 侧重多媒体技术的有 :触摸式显示屏实现的“桌面”计算机，能够随意折叠的柔性显示屏制造的电子书，从电影院搬进客厅指日可待的 3D 显示器，使用红绿蓝光激光二极管的视网膜成像显示器；侧重多通道技术的有：“汉王笔”手写汉字识别系统，结合在微软的 Tablet PC 操作系统中数字墨水技术，广泛应用于 Office/XP 的中文版等办公、应用软件中的IBM/Via Voice 连续中文语音识别系统，输入设备为摄像机、图像采集卡的手势识别技术，以 IPHONE 手机为代表的可支持更复杂的姿势识别的多触点式触摸屏技术，以及 IPHONE 中基于传感器的捕捉用户意图的隐式输入技术。 人机交互技术领域热点技术的应用潜力已经开始展现，比如智能手机配备的地理空间跟踪技术，应用于 可穿戴式计算机、隐身技术、浸入式游戏等的 动作识别技术，应用于 虚拟现实、遥控机器人及远程医疗等的 触觉交互技术， 应用于呼叫路由、家庭自动化及语音拨号等场合的 语音识别技术， 对于有语言障碍的人士的 无声语音识别 ， 应用于广告、网站、产品目录、杂志效用测试的 眼动跟踪技术，针对有语言和行动障碍人开发的“意念轮椅”采用的基于脑电波的人机界面技术等。 热点技术的应用开发是 机遇也是挑战，基于视觉的手势识别率低，实时性差，需要研究各种算法来改善识别的精度和速度，眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、唇读、人脸、 DNA等人类特征的研发应用也正受到关注，自然语言理解虽然目前在语言模型、语料库等方面有进展外，仍将是人机交互的重要目标，多通道的整合也是人机交互的热点，另外，与“无所不在的计算” 、 “云计算”等相关技术的融合与促进也需要继续探索。 本次课题主要研究内容 本课题主要研究 MCS51 单片机人机交换系统中的数据交互，数据交互是人通毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 过输入数据的方式与计算机进行交流的一种方式，它是人机交互的重要内容和形式。 其一般的交互过程是：用户首先通过矩阵键盘为输入设备把数据输入单片机；然后，系统响应用户输入，给出反馈信息，并显示在数码管显示屏上，具体设计任务如下： 1．分析各类基于 MCS51 系列单片机的人机互换模块设计，主要包括矩阵式键盘、 LED 显示； 2．设计出人机互换模块的电路原理图，并用 proteus 完成部分模块的仿真； 3．在面包板上调试电路，确定硬件电路，用 DXP 软件画出电路的 PCB 板； 4．编写相应软件程序，进行软件的调试； 5．进行系统软件、硬件结合进行整机调试，实现人机互换的输入输出； 6. 针对本科单片机课程实验教学，进行人机交互模块实验方法的更新和改进。 第二章 人机交互模块设计原理与整体方案 人机交互模块基本构成 人机交互过程即为人们通过输入设备输入信息，系统响应输入，再通过输出设备将信号反馈出来。 本次设计主要包括四部分，其中 4*4 矩阵键盘作为系统输入设备， 4 位 8 段数码管显示作为输出设备， MCS51 单片机作为核心处理器，一个段锁存器和一个位锁存器来完成数据锁存处理。 这四部分模块对数据的基本执行流程及其相互之间关系如下图 所示。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 矩 阵 键 盘( 数 据 输 入 )M C S 5 1 单 片 机（ 数 据 处 理 ）锁 存 器（ 数 据 缓 存 ）数 码 管 显 示（ 数 据 反 馈 ） 图 人机交互模块基本流程 人机交互模块设计原理 MCS51 单片机的选择 MCS51 是指由美国 INTEL 公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如 8031， 8051， 8751， 8032， 8052， 8752 等。 该系列单片机的生产工艺有两种。 一是早期的 HMOS 工艺（即高密度短沟道 MOS 工艺），二是现在的 CHMOS 工艺（即互补金属氧化物的 HMOS 工艺）。 CHMOS 工艺即保持了 HMOS的高速度和高密度的特点，还具有 HMOS 的低功耗的特点。 在产品中凡带有字母型号 C的即为 CHMOS 芯片，不带有字母 C 的即为 HMOS 芯片。 HMOS 芯片的电平与TTL 电平兼容，而 CHMOS 的电平即与 TTL 电平兼容又与 CMOS 电平兼容。 所以，现在单片机应用系统中都采用 CHMOS 工艺的芯片。 在功能上，该系列单片机分为基本型和增强型两类，通常以芯片型号 的末位数字来区分，“ 1” 为基本型“ 2” 为增强型。 MCS51 单片机基本型包含： CPU 系统，存储器系统， I/O 口和其他控制单元。 其中 CPU 系统包括 8位 CPU，含布尔处理器，时钟电路和总线控制。 存储器系统包括 4K 字节的程序存储器， 128 字节的数据存储器和特殊功能寄存器SFR。 I/O 口和其他控制单元包括 4个并行 I/O 口， 2个 16位定时 /计数器。 1个全双工异步串行口和由 5个中断源 2 个优先级组成的中断系统。 MCS－ 51共有 7种寻址方式包括 立即寻址，直接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，相对寻址，位寻址。 本 次设计使用的是 89C52 单片机。 89C52 单片机采用的是具有总线扩展引脚的 DIP40 封装，其中 VCC 为电源接入引脚。 Vss 为电源接入引脚， XTAL1 和 XTAL2 为晶体振荡器接入的两个引脚，ALE 为地址锁存允许信号， EA 为内外存储器引脚。 PSEN 为外部程序存储器选通信号输出引脚， 为一般 I/O 口引脚或数据 /低位地址总线复用引脚， 一般 I/O 口引脚， 为 I/O 口引脚或高位地址总线引脚， 为一般 I/O 口引脚或第二功能引脚。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 图 89C52单片机引脚功能 矩阵键盘选择 在键盘中按键数量较多时，为了减少 I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 所示。 在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样， 8条端口线就可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键。 本次设计我们采用 4*4 矩阵键盘，原理图如下图 所示。 图 矩阵键盘原理图 上图中，列线通过电阻接正电 源，并将行线所接的单片机的 I/O口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。