【正文】  【摘 要】 本文利用单片机、键盘（也可以用发光二级管拔码开关来代替实现）以及显示器（8个数码管）设计开发一个单片机人机交互实验系统。要求能实现两种以上的单片机微控制器实验。
　　【关键词】 单片机；人机交互

　　人机交互领域是一个科学技术转化为生产力的重要领域，人机交互的发展，技术与设备的成熟必然意味着巨大的市场。当先进的人机交互技术应用于电子产品、通信设施、机械设备、交通工具、人工智能、智能仪器、多媒体、情报采集、身份认证、安全防范以及武器现代化时，将会对科学技术、生产领域、国家安全、社会的工作方式和生活方式等方向产生深远影响。
　　一、人机交互试验系统方案分析
　　由发光二极管拔码开关（键盘）、8051单片机、驱动器、显示器电路可制作一个单片机人机交互实验系统。由键盘输入数字（拔码开关的状态作为输入，需要进行二进制代码计算）或选择运行方式给8051单片机，由单片机处理（开关）
　　给予的操作并在LED显示器上显示出来，通过（按下确认键以后）观察LED显示器上的内容来反映拨码开关表示的内存单元地址中片内RAM的内容，实现人与单片机之间的交互，也就是完成了人与设备之间的信息的传递和交流，实现了人机交互的实验系统。
　　对于8051单片机而言，在存储器结构上，严格的把程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）在空间上分开，并且使用不同的寻址方式，使用两个不同的地址指针。ROM主要是拿来存储调试好的程序指令、常数以及数据表格，而RAM主要是存储一些少量的随机数据，因此后者的空间是比较小。针对这一特点，我们可以通过人机交互系统对RAM进行分析，当单片机运行的时候，通过键盘输入一个有效的地址单元（显示器上可以直接读取），经过单片机的处理以后将数据存储器里面的内容（数据或者字符）显示出来，这样就能够直接的知道RAM里面的随机数据，从而完成单片机人机交互的实验中单片机数据区中的内容。
　　因此我们就通过本次设计来理解并掌握数据存储器的存储随机数据的功能，直观的显示片内RAM中的数据。另外，此次设计的一个特点就是可以改变输出端内容的数据类型，即当输入有效的地址单元以后，输出端可以得到单片机片内RAM中的数据并以十进制的形式显示出来，只要按下相应的数据转换的按钮，就可以显示看到不同进制数据（2进制，10进制，16进制）。
　　二、人机交互实验系统的键盘和显示器
　　键盘作为单片机系统中完成控制参数和数据值输入的基本设备，是人工干预系统的重要手段。
　　键盘按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，另一类是无触点式开关按键，前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。键盘按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。微机键盘通常使用机械触点式按键开关，其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便与通用数字系统的逻辑电平相容。
　　机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5~10 ms。
　　在微机系统中，发光二极管（LED）常常作为重要的显示手段，它可以显示系统的状态，以及数字和字符。由于LED显示器的驱动电路简单，易于实现并且价格低廉，因此在很多应用场合下，它是最常用、最简便的显示。常用的LED显示器有LED状态显示器（俗称发光二极管）、LED七段显示器（俗称数码管）和LED十六段显示器。发光二极管可显示两种状态（即“0”和“1”来表示“暗”和“亮”，也可以表示输入或者输出的高低电平），用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED十六段显示器用于字符显示。
　　三、人机交互实验系统硬件电路
　　1.键盘与单片机连接的硬件电路
　　由上述可知，只要单片几能提供两个简单的并行口：一个作为行信号输出（它通常与显示器的位码共用一个口，故其口地址仍为FDH（A1=0）），另一个为列信号读入口（口地址可设为FBH（A2=0）），便能完成简单键盘与单片机的硬件接口。
　　2.LED显示与单片机连接的硬件电路
　　一个6位的7段LED显示电路，则只需两个8位输出口即可。其中一用作输出段选码，另一个用作输出位选码。两片74LS273用作扩展的输出口，口地址分别为FEH（A0=0）和FDH（A1=0），由它们分别锁存段选码和位选码。7407是集电极开路芯片，用来增强负载能力。当7407的输出为底电平时，其输出也是底电平；当它的输入为高电平时，在接有上拉电阻时，其输出为高电平。表示了当输出段选码为00111111B、位选码为00111110B，使LED显示“0”字符的情况。
　　3.利用8051和拔码开关构成的硬件电路
　　这个设计是用8位拔码开关代替了键盘作为系统的输入端，通过改变8位拔码开关的状态（即发光二极管的亮暗，二进制代码，“0”表示暗，“1”表示亮），从而确定输入端的地址单元。P0口与P2口完成数据的输出与显示，74LS422是
　　显示器的驱动器，P1口是输入端，它代替了键盘，这样电路更为简单，只是要对输入的单片机内存单元地址进行换算，以二进制代码的形式输入，即拔动开关的状态来决定。P3口是此次设计的一个独特的地方，当输出端的LED显示内容的时候，可以通过按钮来改变输出数据的类型（2进制，10进制，16进制）。下面我们就通过实际的硬件电路来分析本次设计的目的所在，体现本次设计的独特之处，即实现人机交互的的实验系统，人输入一个指令，通过电路的处理以后输出相应的结果。
　　这个电路可以实现三人机交互实验，首先我们通过开关输入一个有效的地址单元，在八个LED显示器上显示出来，是直接由开关的通与断来完成，显示十进制的数；其次，我们可以实现二进制的转换，按下二进制转换按钮就可完成二进制的显示；最后，我们还可以实现十六进制的转换，按下十六进制转换按钮就可完成十六进制的显示。
　　参考文献：
　　[1]张友德等.单片微型机原理应用与实践[M].上海：复旦大学出版社，1992.P89—131.
　　[2]李华. MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993. P65—83.
　　[3]李秉操等.单片机接口技术及其在工业控制中的应用[M].陕西：陕西电子编辑部，1991. P75—78.