人机交互接口电路设计论文

1、人机交互接口电路设计论文 摘要主要介绍了ti公司的新型的16位超低功耗flash型h6n30f44x系列单片机的结构、特性和功能及液晶显示器lcd的发光原理和类型，讨论了该系列单片机与ild及键盘的人机接口电路的设计方案和相应的软件的实现方法，最后给出它在体内电刺激器的应用实例。 关键词单片机；msp430；lcd；人机交互接口 1引言 在当今的各种实时自动控制和智能化仪器仪表中，人机交互是不可缺少的一部分。一般而言，人机交互是由系统配置的外部设备来完成，但其实现方式有两种：一种是由mcu力口驱动芯片实现，如键盘显示控制芯片sk5279a，串行数据传输数码显示驱动芯片max7219等等，这时显

2、然mcu没有lcd的驱动功能。另一种就是mcu本身具有驱动功能，它通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式或io设备访问形式控制键盘和lcd实现人机对话。这里的mcu主要有世界各大单片机生产厂商开发的各种单片机，其中ti公司的msp430系列因其许多独特的特性引起许多研究人员的特别关注，在国内外的发展应用正逐步走向成熟。 2lcd简介 lcd(liquidcrystaldisplay)，即液晶显示器。液晶显示是通过环境光来显示信息的，它本身并不发光，因而功耗很低，只要求液晶周围有足够的光强。lcd是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管(crtcathoderaytube)显示器为主，但随着

3、科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生。lcd由于具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以 及影像稳定不闪烁等优势，逐渐占据显示的主流地位。 lcd的类型，根据其分类方式的不同而不同。如根据lcd显示内容的不同可以分为段式lcd和点阵lcd。根据lcd驱动方式的不同可以分为静态驱动和多路驱动。 3msp430f44x简介 msp430f44x系列是ti公司最新推出的具有超低功耗特性的flash型16位risc指令集单片机2。该系列单片机性价比相当高，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优势。它主要应用在各种要求极低功率消耗的场合，特别适合用于智能测量仪器、各种医疗器械

4、、智能化家用电器和电池供电便携设备产品之中。 3.1系统结构 msp430f44x的系统结构，主要包括：cpu、程序存储器(rom)、数据存储器(ram)、fll+时钟系统(片内dco+晶体振荡器)、看门狗定时器通用目的定时器(watchdog)、adcl2(12位ad)、比较器a(精确的模拟比较器，常用于斜边(slope)ad转换)、复位电压控制电源电压管理、基本定时器(basictimerl)、定时器(timer-a和timer-b)、lcd控制器/比较器(多达160段)、硬件乘法器、i/o口和串行口4。系列中各种具体的型号稍有差别。在本次设计中，具体选择msp430f449作为人机接口电

5、路的设计具有许多独到的优势。这一点，读者可以根据ti公司相关的数据手册进行比较。 3.2片内外模块特性 msp430f44x具有丰富的片内外围模块，其明显的特点是：具有48条i0口线的6个并行口p1-p6，其中p1、p2具有中断能力，同时具有2个可用于uart/spi模式选择的串行口(usart0和usartl)；内含12位的ad转换器adcl2，快速执行88、816、1616乘法操作并立即得到结果的硬件乘法器；多达160段的lcd控制器比较器，可以实现多种方式的驱动显示；可以实现uart、pwm、斜坡adc的16位timer-a和16位timer-b；非常灵活的时钟系统，既可用32768hz

6、的钟表晶振产生低频时钟，也可以用450khz-8mhz的晶体产生高频时钟，同时还可以使用外部时钟源或者用不同控制频率的dco；多达几十kb的flash空间，这样数据既可以保存在片内的flash信息存储器，也可保存在程序的hash中的剩余空间。 4接口电路设计 4.1接口电路简图及说明 典型应用电路示意图。在该图中，lcd类型和键盘种类及数目的选择、下拉电阻的数值大小都必须认真考虑，硬件设计要满足一定的工作时序关系，复位时预留缓冲时间和悬空部分引脚，晶振的选择要在适当的数值，必须保证交流驱动的频率在30hz-1000hz范围内，其具体的情况请详细参考ti公司的相关资料3。 4.2段型液晶显示屏e

7、ds820a简介 一般而言，lcd分为笔段型和点阵字符型及点阵图形型。笔段型主要是显示数字，常用于计数、计量和计时；点阵字符型用于显示数字和西文字符；点阵图形型用于显示图形及字符。本设计中用到的eds820a就是由西安新敏电子科技有限公司生产的笔段型lcd。是该显示屏的各个引脚的逻辑功能表。 显而易见，该产品eds820a是5位的液晶显示屏，它只有4个dp，用于显示小数点；com端也只有一个，所以该lcd与msp430f449的管脚连接应该引起足够重视. 5软件设计 硬件连接电路图为例，编写了键盘控制及显示程序，程序在iarembeddedworkbench编译通过。全部主程序包括详细的发射和

8、接收子程序，及初始化和等待键盘输入转换、显示等等，值得注意的是发射与接收的控制要适当。 该程序是用汇编编写的。程序实现的是等待按键输入，读取键值，最后进行键值处理和显示的功能。 检测是否有键按下是通过key是否有高电平信号。平时，key为低电平，当有键按下时为高电平，它发送一个脉冲给单片机msp430f449，当单片机检测到该信号时，判断按键的功能，从而进行相应的处理。 6人机接口电路在体内电刺激器中的应用 医学上，在进行疾病控制时，通常可以通过电极以一定波形(如方波、正弦波等)、频率、幅度、占空比等电信号对神经或肌肉进行刺激，以使其支配相应的功能或肌肉产生收缩舒张动作，从而有利于症状的减轻。

9、由于不同部位的神经或肌肉对电刺激发生的敏感水平不同，不同强弱和不同性质的电信号所产生的刺激效果是不一样的。我们研制的体内电刺激器，可以产生手术时所需要的具有不同的频率、幅度、占空比的不同波形信号。该仪器幅度、占空比准确，频率稳定，各参数均可以精确的调节。而且，由于使用了lcd显示，它与单片机的连接简单。lcd具有质量轻、体积小、电压低、功耗小、显示内容丰富等优点，其人机界面相当友好。但人机接口电路设计的优劣直接影响到整台仪器的使用效果。 根据需要，我们设计了5个键。这里，s1表示波形的振幅，s2表示波形的频率，s3表示波形的占空比，s4为+1键，s5为-1键。通过54，s5可以调节波形的各个参数值。其中，振幅可以是在一个参考值的基础上的0-99.9；频率可以是1hz-999hz；占空比调节范围可以为1.0-99.91。 7结束语 用msp430f449实现的