毕业论文视频终端人机交互界面毕业论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.1.1 AVR单片机的发展背景 (1)1.1.2 LCD液晶显示的发展背景 (3)1.2课题的研究意义 (4)1.3论文组织 (5)第2章系统介绍及元器件选型 (6)2.1系统总体介绍 (6)2.2单片机选型 (6)2.3液晶选型 (10)2.4本章小结 (12)第3章硬件电路设计 (13)3.1整体结构设计 (13)3.2AT MEGA16最小系统设计 (13)3.2.1 ATmega16的复位电路 (13)3.2.2 ATmega16的晶振电路 (15)3.2.3 键盘译码电路的设计 (16)3.3LCD液晶接口设计 (17)3.4本章小结 (22)第4章软件设计 (23)4.1软件平台介绍 (23)4.2软件部分整体设计 (26)4.3矩阵键盘程序设计 (26)4.4液晶程序设计 (27)4.5交互窗口设计 (28)4.5.1 如何开辟窗口 (28)4.5.2 窗口信息控制 (29)4.5.3 交互界面仿真结果 (29)4.6本章小结 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录1 (35)附录2 (40)附录3 (45)附录4 (49)附录5 (71)第1章绪论1.1 课题背景人机交互接口又称为人机交互界面或人机接口，是计算机科学中新产生的一个学术分科，是应用软件中逐渐显露出其重要性的一个部分。

计算机系统可看成由硬件、软件和人构成的一个人机交互系统，而人与软件及外设（包括鼠标、键盘、触摸屏等）交接的部分称为人机交互接口，它是人和仪器之间传递和交换信息的接口。

通过人机交互接口，人向计算机发出命令或提供数据等输入信息，这些信息经计算机处理后，又将输出信息通过人机交互接口显示给用户[6]。

1.1.1 AVR单片机的发展背景单片机技术在近10年取得了飞速的发展。

在世界围从事单片机开发的有四个区域：一是欧美，开发厂家及其最新单片机系列产品有National Semiconductor的COP8系列单片机；美国SCENIX公司的8位单片机系列；PHILIPS的51系列单片机；美国AMD公司的186系列16位嵌入式微处理器；ST Microelectronics公司的ST62系列单片机；MICROCHIP的PIC系列单片机；MOTOROLA的各个系列单片机以及Infineon technologies的C500和C166系列等。

二是日本，TOSHIBA公司开发出了从4位到64位的多系列单片机；日立公司也有从4位到32位的单片机；另外还有FUJITSU Microelectronics 的F2MC28L微控制器系列产品；OKIElectronics的MSM80、MSM66、MSM63系列单片机；NEC的75X、78X系列微处理器；爱普生公司的Epson单片机。

三是地区，主要有WINBOND公司的W7416、W536、W786、W77等系列微控制器产品；EMC公司的E78系列单片机等；凌阳系列单片机。

四是韩国，主要有HYUNDAI microelectronics的GMS800、GMS30系列微控制器；另外还有三星、LG等公司也生产系列单片机。

除了以上这四个区域外，还有MCS51系列单片机，TI公司的MSP430系列单片机，Microchip单片机，ATMEL公司的AVR系列单片机等。

由此可见单片机发展到今天可以说是种类繁多，性能各异。

因此，我们需要根据自己的实际需求来挑选自己所需要的单片机。

AVR系列单片机是ATMEL公司挪威设计中心在1997年由A先生和V先生共同研发设计的采用Harvard结构的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。

AVR单片机吸取PIC及MCS51等系列单片机的优点，片上系统丰富，具有较高的性价比。

AVR单片机的推出，彻底打破了旧的设计格局。

它废除了机器周期，抛弃了复杂指令集计算机追求指令完备的做法，采用精简指令集，以字作为指令长度的单位，将容丰富的操作数与操作码安排在一字之中，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。

这种速度上的跃升，是以高可靠性为其后盾的[1]。

AVR单片机具有以下特点和优势：（1）AVR单片机嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的开发、调试生产及更新。

嵌长寿命的EEPROM可长时间保存关键数据以避免因断电而丢失。

片的大容量RAM不仅能满足一般场合的应用，而且也可以更有效的支持使用高级语言开发的系统程序，并且部分机型可以像MCS51单片机那样外露总线扩展外部RAM。

（2）AVR单片机的I/O线全部带有可以设置的上拉电阻，可单独设定为输入或输出，可设定（初始）高阻输入，驱动能力强等特性，使得I/O口资源更加灵活，功能更加强大，可以充分利用。

（3）AVR单片机部具有多种独立的时钟分频器，分别供UART、I²C、SPI 使用。

其中可与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可通过软件设定分频系数以提供多种档次的定时时间。

AVR系列单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波”的设计方法（即脉宽调制输出PWM）令人耳目一新。

（4）增强型的高速/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便了程序的编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过了MCS51系列单片机的串口功能，加之AVR系列单片机速度快，中断响应时间短，可实现高波特率通信。

（5）面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。

TWI与I²C接口兼容，从而具备应答ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部四种组合的多机通信。

SPI支持主/从机等四种组合的多机通信。

（6）AVR单片机带有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD、多个复位源和可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。

（7）AVR单片机具有多种省点休眠模式，且可以超宽电压运行，抗干扰能力很强，可降低一般8位单片机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量，因此大大降低了成本。

由上述优点可以看出，AVR单片机博采了众家之长，又具有自己的独特技术，充分体现了单片机的发展需求，性价比极高，因而可以广泛应用于许多领域。

因此，本次的毕业设计我选用了AVR系列单片机[2]。

1.1.2 LCD液晶显示的发展背景早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似于晶体的某种排列特性。

在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化，从而可以影响它的光学性质，这种现象就叫作电光效应。

利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。

今天的液晶显示器中广泛采用的是今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。

与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄（14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。

由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域[7]。

近几年来LCD点阵式液晶显示器（LCD Liquid Crystal Display）被广泛应用于单片机控制的各种智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。

它不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字。

随着集成电路技术的飞速发展，芯片的规模越来越大，工作频率越来越高。

与此同时，芯片的功耗也不断增加，这必然会导致系统成本的增加和可靠性的降低。

此外，对于由电池供电的手持设备，过大的功耗会减少电池的使用寿命，降低系统的实用性。

因此低功耗设计已成为集成电路设计中最重要的课题之一。

在笔记本电脑、移动、个人数字助理这类具有液晶显示功能的设备中，系统的总功耗主要来源于显示系统的功耗，而液晶显示器及其控制芯片作为显示系统的核心部件，具有很大的数据交换量，其功耗通常占到了系统总功耗的一半以上，因此设计时应考虑尽量减少其功耗。

LCD液晶显示器所具有的最大的优点就是低功耗，另外它还具有零辐射、散热少等许多特点。

液晶显示器的显示原理是通过扭转液晶像素中的液晶分子偏转角度而来的背景光而实现还原画面的，其不存在像CRT那样部具有超高压的元器件，所以不至于出现由于高压导致的X射线超标，而且机器结构电路简单、模块化以及芯片的高度集成化足以把电路工作时候产生的电磁辐射降到最低。

这样的设计直接降低了电路的功耗，而且发热量也非常小。

液晶显示器虽然在工作的时候可能产生轻微的电磁辐射，但是这很容易通过加入屏蔽电路解决。

而CRT显示器由于考虑到散热，不得以而在屏蔽罩上钻孔导致辐射的泄露。

由于LCD液晶显示器的众多优点，在此次的毕业设计中选用了LCD作为人机交互接口的显示设备[3]。

1.2 课题的研究意义在传统的仪器仪表中，显示参数往往是采用一些传统的指针式表头或指示灯，即便是比较先进的仪器仪表也至多是用LED或字符型液晶显示器。

随着技术的进步、器件成本的下降，在许多场合中，更希望能出现一些图文并茂的界面，这样的设计具有良好的视觉效果和生动的用户界面。

液晶显示器作为一种显示器材，以其特有的优势正广泛应用于多种测试仪器设备中。

以往的测试控制仪器大都采用LED或笔段式液晶显示屏进行参数设定和结果的显示，其显示的信息量少、形式单一、缺乏良好的人机交互友好性，同时对操作人员要求较高。

而液晶显示器（LCD）具有低功耗、体积小、质量轻、超薄和可编程驱动等其他显示设备所无法比拟的优点，不仅可以显示数字、字符，还可以显示各种图形、曲线和汉字，并且可以实现屏幕上下左右的滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能，正日益成为智能仪器仪表和测试设备的首选显示器件。

随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的提高，普通仪表已显过时，不能充分满足现代生活的需求。

现代仪表已日趋数字化、网络化和智能化。

微电子技术的发展和工业过程对测控方面要求的加强，使得智能仪表的应用更加广泛、成本更低。

AVR系列单片机具有低成本、低功耗、高速度等特点，因而在手持设备中以ATmega16单片机为核心，配接点阵型LCD显示器，是很有发展前景的。

1.3 论文组织本文是工作的总结。

论文各章的主要容如下：第一章简要论述了本课题研究的来源，背景，以及本课题的主要研究意义。