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基于 mcs51 单片机 实验 试验 开发 系统 人机交互 模块 设计 改进 改良 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6258

资源描述：

文档包括:

说明书一份，36页，14600字左右。

任务书一份。

开题报告一份。

外文翻译一份。

中期检查一份。

演示文稿一份。

内容简介：

西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表 题 目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进 学生姓名 王玮 学 号 08102080236 专业名称 机械设计制造及 其自动化 指导教师 吕建波 罗振元 检查时间 班 级 08 级（ 2）班 毕 业 设 计（论文） 进 展 情 况 通过对 单片机 相关资料的学习，以及对整个设计的了解，现基本完成以下设计工作： 机互换模块 的设计与分析。此部分包含两部分内容：分别是 4*4 矩阵键盘 和数码管 的分析 设计。 4*4 矩阵键盘扫描方式为行列扫描（带中断），数码管选择 4 位 8 段数码管。 中断） 的人机互换程序设计 。 下一步 用 成部分模块的仿真，在面包板上进行电路实验，画出 后 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 。 指 导 教 师 意 见 签字 ： 年 月 日 教研室意见 签字 ： 年 月 日 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 0 页 西安文理学院机械电子工程系 本科毕业设计（论文） 题 目 基于 片机的实验开发系统 人机交互模块设计与实验改进 专业班级 08 机械设计制造及其自动化（ 2）班 学 号 08102080236 学生姓名 王玮 指导教师 吕建波、罗振元 设计所在单位 西安文理学院 2012 年 5 月 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书 题 目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进 学生姓名 王玮 学 号 08102080236 专业班级 08 机械设计制造及其自动化（ 2）班 指导教师 吕建波 罗振元 职 称 助理实验师 工程师 教 研 室 实验室 实训中心 毕业设计（论文）任务与要求 1、查阅国内外 列单片机应用的研究现状 ，了解 列单片机人机模块的构成，撰写开题报告和不少于 1000 字的外文翻译； 2、分析各类基于 列单片机的人机模块设计，主要包括矩阵式键盘和 示； 3、设计通用模块的电路原理图，用 成部分模块的仿真，在面包板上进行电路实验，画出 ； 4、编写相应的软件程序，并进行软硬件综合调试，实现 系统与用户之间的交互关系 ； 5、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； 6、撰写毕业论文，进行毕业答辩。 毕业设计（论文）工作进程 起止时间 工作内容 . 阅资料，了解 列单片机应用的国内外研究现状 和人机互换模块的构成，撰写开题报告和不少于 1000 字的外文翻译； 分析各类基于 列单片机的人机互换模块设计，主要包括矩阵式键盘和 示； 设 计出人机交互模块电路原理图， 用 成部分模块的仿真，选取 元器件； 在面包板上调试电路，确定硬件电路，画出电路的 ，有条件情况下进行 板； 编写相应软件程序，进行软件的调试； 系统软件、硬件结合进行整机调试， 实现 系统与用户之间的交互关系 ； 进行测控接口模块实验方法的更新和改进； 撰写毕业论文初稿； 修改论文并定稿，整理全部资料，准备毕业答辩。 开始日期 完成日期 教研室主任（签字） 系主任（签字） 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 0 页 附录 2 is a It is a of in to a in a of in in as An or , or or , or In to do an or a AM on as be in a on a as a of in of as a (if of a is of a a to to A is a to 2. as 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 C, as an a C of of CB be to to be in in 970s. to a to of to is to to in so to a of 051, RM A CU C) is a It a an a or of It in to a a in a In to of a as At of as 2at to is 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 or to an as a or be in as By to a a it to of in in as no or CD as no or , of It is to in an to to an SR on of to as an an to a on an as a on a is as in a a is to do by a 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 3 页 in it be to a to a in s on be be at or be or to to is of to to 1s s, t be to do be to it by a So to is to a is a to to to it is In to a of as of of is IT A to it it an to it is as to if to PU Is In to PU it PU to PU in it to a on an 安文理学院本科毕业设计（论文） 第 4 页 8of 中文翻译： 单片机介绍 单片机即单片微型计算机，是把中央处理器、存储器、定时 /计数器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小 ，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器，但是目前在中国大陆仍多沿用 “ 单片机 ” 的称呼。 绝大多数现在的单片机都是基于冯 诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器），一个或者更多的定时 /计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入 /输出端口 所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。说单片机与通 用型中央处理单元芯片不同是因为前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作计算机。这样就可以很容易的把单片机系统植入装置内部来控制装置了。近年来为了在指令和数据上使用不同的字宽，并提高处理器流水线速度，哈佛结构在微控制器和 逐渐得到了广泛的应用。 传统的微处理器是不允许这么做的。它要完成单片机的工作，就必须连接一些其他芯片。比如说，片上没有数据存储器，就必须要添加一些 存储芯片，虽然所添加存储器的容量很灵活，但是至少还是要添加，另外还需要添加很多连线来传递芯片之间的数据。 比如，一个典型的微 控制器只需要一个时钟发生器和很少的 者 可以在软件和晶振下工作了。同时，微控制器具有丰富的输入输出设备，像是模拟数字转换 (定时器，串口或者其他串行通讯接口 (比如 行外围接口 (控制器局域网 )。通常，这些继承在内部的设备可以通过特殊的指令来操作。 一些现代的微控制器支持一些内建的高级编程语言，比如 言。 一个微控制器（也 叫 一个 微型 计算 芯 片。它包含一个处理器 、一个内存（有少量的 程序存储器，或两者兼而有之）和 一个 可编程输入 /输出外设。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 5 页 它强调 高度集成 ，而相比之下，一个微处理器只包含一个 比如 一台 。除了通常的算术和逻辑要素 等 一般用途的微处理器，微控制器 还 集成了更多的要素，如读写存储器的数据存储，只读存储器 的 存储程序，快闪记忆体的永久数据存储，外设，和输入 /输出接口。在时钟频率只有 32情况下 ，微操作 系统 往往以非常低的速度相 运行 ，但是这足 够典型的应用 。他们消耗较少的功率（毫瓦或什微） ， 且具有 保持功能，同时 可以 等待一个事件，如一个按钮的 按下或中断。 在睡眠状态 时 ， 钟和外设禁用，从而使它们适合用于低功耗和长期持久的电池应用。 微控制器 广泛应 用于自动控制产品和设备，如汽车发动机控制系统，远程控制 系统 ，办公室机器 设备系统 ，家用电器，电动工具，和玩具 等 。通过降低尺寸，成本和能耗，设计使用单独的微处理器，内存和输入 /输出设备， 能够使 微控制器 控制更多的进程，更经济。 目前， 大多数的计算机系统 被 嵌入在其他 设备中使用 ，如汽车，电话 以 及 很多需要 外设的计算机系统。这些 嵌入其他设备的计算机系统 被称为嵌入式系统。有些嵌入式系统是非常复杂的，很多 能够达到 人 们的 要求 ，但由于 内存和程 序长度 的限制 ，软件的复杂性 降低 。典型的输入和输出设备包括交换机，继电器，螺线管，发光二极管，小 形 或定制的液晶显示器， 数码显示器等。 射频设备和传感器等嵌入式系统通常没有键盘，屏幕，硬盘，打印机或其他公认的 I / O 设备，并可能缺乏人 机 互动装置的任何一种。 某些 强制性的微控制器 能够 提供实时应对突发事件的嵌入式系统 并 控制它们。当某些事件发生时，中断系统能够 让 信号处理器暂停处理当前的指令序列，并开始了中断服务。 当中断服务结束之后 ，再返回原来的指令序列 ，这就是我们通常所说的单片机的中断系统 。中断源的设备依赖 通常有很多 种 ，如内部定时器溢 、 完成了模拟向数字转换 、 逻辑水平变化的一种投入 、 一个按钮被按下 和 收到了 数据的通信联系 等 。凡 是许多 重要的 中断源发出中断申请 ， 都必须中断，如 电池供电的设备 停止运行 后，微控制器 在 低功耗睡眠状态下的处理器必须停止，直到做一些外围的活动 才重新开始返回当前指令序列。 单片机程序必须符合现有的芯片程序存储器 的要求 ，因为这将是代价高昂的系统提供了与外部 设备之间 可 以 扩展 的存储器 。编译器和汇编语言是用来打开高级语言程序到一个紧凑机器代码存储在微控制器的 存储过程 。根据不同的设备，西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 6 页 程式记忆体可能是永久性的， 而 唯读 存储器 ，只能进行编程 。 在工厂 ，可以生产可擦除 式 只读存储器。 由于嵌入式处理器通常是用来控制设备 的 ，他们有时需要接受输入 设备 的 数据输入，但 由于处理器内置处理数数据 只有 1 和 0 ， 所以 它们将无法 直接处理任何模拟信号。因此， 要先使需要处理的数据通过 模拟向数字转换 的过程，才能使 传入的数据转化为处理器可以识别 的形式 。还有 一种 转换器 叫做数模转换器 ，他能够 使 数字信号转换为模拟信号并 将数据发送到 需要 制的设备上，以达到控制的目的 。 此外，许多嵌入式微处理器包括各种兼职的 转换器 。最常见的一种类型的 转换器 是可编程间隔定时 转 换 器 。工作过程为 一个倒计时刚 到达 零 ， 它 就会对处理器 发出一个中断的 指令。 这表明它已经完成 转换，并需要对所控制的设备发出指令，使其作出某些动作 。这是非常有用的 设备 ，如恒温 系统 ， 需要 定期测试他们周围的温度，看看他们是否需要打开空调 或者 加热器等等 。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 0 页 西安文理学院本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进 学生姓名 王玮 学 号 08102080236 专业名称 机械设计制造及 其自动化 指导教师 吕建波 罗振元 开题时间 级 08 机电（ 2）班 一、 选题目的和意义 人机互动是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问，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。 人机交互的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。 有了交互，多媒体程序才具有和用户对话的能力，有和用户对话的能力，才能让用户随心所欲控制多媒体程序的走向。 本文以 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。 二、 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 为了能和计算机进行更加人性化的交互，各种人机交互技术不断出现，每一种新技术的出现带来的都是对人机交互研究的历史性跨越。 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 C 操作系统中数字墨水技术，广泛应用于 P 的中文版等办公、应用软件中的 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 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 基于传感器的 捕捉用户意图的 隐式输入技术。 目前，人机交互的发展趋势为：高科技化、自然化和人性化。其中高科技化包括平面化、超薄型化、便携式；自然化是在设计中运用进步的图形学、软件工程、人工智能、窗口系统等软件技术，充分发挥整合和协调的作用，并在入图形艺术、心理学和人机工程等方面做深入的研究；而人性化的最大体现在于计算机虚拟现实技术的实用化。人机交互的发展仍将延续由以计算机为中心的交互向以人为中心的交互转变，理想的人机交互模式就是“用户自由”，“用户自由”指的是能听、说、读、写、感觉却不可见的计算机，然而计算会无所不在，不可见的人机交互也将会无所不在。 随着 人机交互技术与计算机始终相伴发展、 运算能力日趋强大 ， 网络和通信技术的快速发展 ， 显示技术的重大突破，人机交互将步入一个新的起点与高度 。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 三、 主要研究内容 本课题主要研究 片机人机交换系统中的 数据交互 ，数据交互 是人通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 通过输入设备把数据输入计算机；然后，系统响应用户输入，给出反馈信息，并显示在屏幕上（或者以其他方式显示） ，具体设计任务如下： 1分析各类基于 列单片机的人机互换模块设计，主要包括矩阵式键盘、 示； 2设计出人机互换模块的电路原理图，并用 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 件画出电路的 ； 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 。 指导教师意见及建议： 签字 ： 年 月 日 教研室审核意见： 签字 ： 年 月 日 在毕业设计过程中，该生积极主动与指导老师联系，根据阶段要求，按时提交相关文档，态度积极认真。 该论文选题为基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进设计，具有一定的实际工程应用意义，选题与本专业方向相关，符合要求，工作量大小合适；从论文的内容来看，该生收集并查阅的大量的数码管 、 片机和 矩阵键盘 等方面的资料，同时 能够把这些资料有机结合并加以应用，对人机交互模块进行了系统性的分析 ，并进行了系统软硬件设计，包括 4*4 矩阵键盘 、单片机最小系统、 锁存器 和 数码管显示模块，最后进行了 设计和 真 ，论文的论述依据详实充分， 结构合理，层次清楚，对业务的阐述清晰，逻辑结构合理， 写作用语规范。 总体来讲，论文选题符合要求，工作量充足，且查阅了大量资料，论据充实，写作规范，达到了本科毕业的水平。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 0 页 西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表 题 目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进 学生姓名 王玮 学 号 08102080236 专业名称 机械设计制造及 其自动化 指导教师 吕建波 罗振元 检查时间 班 级 08 级（ 2）班 毕 业 设 计（论文） 进 展 情 况 通过对单片机相关资料的学习，以及对整个设计的了解，现基本完成以下设计工作： 部分包含两部分内容：分别是 4*4 矩阵键盘和数码管的分析设计。 4*4 矩阵键盘扫描方式为行列扫描（带中断），数码管选择 4 位 8 段数码管。 中断）的人机互换程序设计。 下一步用 成部分模块的仿真，在面包板上进行电路实验，画出 后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。 指 导 教 师 意 见 签字 ： 年 月 日 教研室意见 签字 ： 年 月 日 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 西安文理学 院本科毕业设计（论文）指导教师评分表 学生姓名 王 玮 学 号 08102080236 专 业 机械设计制造及其自动 化 班 级 08 级 2 班 毕业设计（论文）题目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改 进 设计（论文）起止时间 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 5 月 11 日 指导教师评语： 建议成绩： 指导教师签名： 年 月 日 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 西安 文理学院本科毕业设计（论文）评阅教师评分表 学生姓名 王 玮 学 号 08102080236 专 业 机械设计制造及其自动 化 班 级 08 级 2 班 毕业设计（论文）题目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改 进 设计（论文）起止时间 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 5 月 11 日 评阅教师评语： 建议成绩： 评阅教师签名： 年 月 日 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 3 页 西安文理学院本科毕业设计（论文）答辩记录 学生姓名 王玮 学 号 08102080236 专业名称 机械设计制造及 其自动化 答辩时间 2012年 5月 18日 答辩地点 导教师 吕建波、罗振元 题 目 基于 片机的实验开发系统人机交互模块设计与实验改进 答辩小组 成 员 姓 名 职 称 姓 名 职 称 提问及回答情况记录： 记录人签字： 年 月 日 答辩成绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日 毕业论文成绩 答辩委员会 认定成绩 毕业论文等级 系（院）答辩委员会意见 ： 负责人签名： 年 月 日 注： 1、 毕业论文成绩 =指导教师成绩 40%评阅教师成绩 20%答辩成绩 40%； 2、答辩委员会认定成绩是根据该生毕业设计期间的表现及该专业整体论文情况的综合评定成绩。 3、论文等级分优秀（ 90 分）、良好（ 8089 分）、中等（ 7079 分）、及格（ 6069 分）、 不及格（ 60 分）。 基于 人机交互模块设计与实验改进 班级： 08级机电 2班 姓名：王玮 学号 : 08102080236 指导老师：吕建波、罗振元 一 研究概述 研究背景 :交互设计就是设计支持人们日常工作与生活的交互式产品，随着现阶段人们对计算机的普及，人机交互界面越来越受到人们的重视。在现代各类仪器的开发中，人机交互功能起着无可替代的作用。 研究问题 :以 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数码管显示器显示的这一过程，设计出人机互换模块 。 二 人机交互基本框架 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， 89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 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 人机交互基本流程图 三 89四 矩阵键盘硬件电路 五 数码管锁存器硬件电路图 六 整体程序设计 人机交互模块程序设计中，首先是在按键按下之后，程序进行行列扫描，扫描完成之后进入按键处理，将相应值送往断码和位码，进行数码管扫描显示。因为数码管共 8位，所以当位选进入第八位，断码显示之后，程序进行清屏处理，等待下次 8位数字的键入。图 按 键 扫 描按 键 处 理数 码 管