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研究生： 黃瓊輝
論文名稱： 即寫即用式微控制器系統之設計研究
指導教授： 謝澄漢
Shieh, Cheng-Han
何宏發
Ho, Hong-Fa
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年： 2002
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 107
中文關鍵詞： 控制器 、設計 、電路 、單晶片 、使用者
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：198  下載：1 
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    • 本研究主要的目的在設計一套微控制器系統，讓未修習過微控制器課程的其他專業領域人士，能在不須親自設計複雜的硬體電路下，可立即進行常用的I/O控制，並且在設計時，可以符合「系統可以即寫即用」、「操作介面容易上手」的特點來進行。本系統於完成設計時，硬體的部分包含「可程式輸入介面板」和「I/O連結控制板」；軟體的部分包含組合語言程式共8572行，所需的程式記憶體大小為22K bytes；已發展的指令有15個，可執行開關、呼叫、跳躍、音樂等類別的指令，可讓使用者進行常用的I/O控制動作。在操作方面，使用者以九個按鍵就可操作PNR微控制器系統所有的功能，並且以類似電視遊戲機遙控器的握持方式來輸入，可順應使用者的操作習慣及增加接受度。在設計的過程所獲得的經驗與建議如下所述： 1.本系統採程式輸入裝置和裝配線路裝置分離的做法，可以提高使用者輸入的方便性。 2.以圖形式LCD為顯示單元時，在系統功能的設計上會有比較豐富的變化方式。 3.未來可採用具有觸控板(touch PAD)的LCD來進行設計，可以節省按鍵所佔用的空間，縮小本系統的尺寸。 4.在系統所提供的指令方面，可以往更細微的控制動作繼續發展。 5.在教育價值上，本系統經過學習試驗，結果反映本系統具有良好的教育價值，未來可往結合各科教學方面繼續研究。 The major purpose of this research is to design a Micro-controller System that users without background in electric circuit can control I/O easily and don’t need to design complex hardware by themselves. This system complies with this two points of “program and run” and “handling operation interface easily”. The system uses MSC-51 microcontroller, including “Programmable Input Interface board” as well as “I/O link and control board” in hardware and 8,572 line source codes, needed 22K bytes program memory in software. Following are my conclusions and suggestions from the research process: 1.The system can improve convenience for a user entries data by separated program entry and circuits install device in the system. 2.It is more flexible on the design of the system for graphic LCD. 3.The development of the system will be able to use LCD of touch PAD to reduce the keyboard space and shrink size in the future. 4.The instructions of the system can be designed more detail movement in the future. 5.After a learning activity, the result shows that the system is good for teaching. “How to use the system on teaching activities” is a good research in the future.

    The major purpose of this research is to design a Micro-controller System that
    users without background in electric circuit can control I/O easily and don’t
    need to design complex hardware by themselves. This system complies with this
    two points of “program and run” and “handling operation interface easily”.
    The system uses MSC-51 microcontroller, including “Programmable Input
    Interface board” as well as “I/O link and control board” in hardware and 8,
    572 line source codes, needed 22K bytes program memory in software.
    Following are my conclusions and suggestions from the research process:
    1.The system can improve convenience for a user entries data by
    separated program entry and circuits install device in the
    system.
    2.It is more flexible on the design of the system for graphic
    LCD.
    3.The development of the system will be able to use LCD of
    touch PAD to reduce the keyboard space and shrink size in the
    future.
    4.The instructions of the system can be designed more detail
    movement in the future.
    5.After a learning activity, the result shows that the system
    is good for teaching. “How to use the system on teaching
    activities” is a good research in the future.

    中文摘要-----------------------------------------------------Ⅰ 英文摘要-----------------------------------------------------Ⅱ 目錄---------------------------------------------------------Ⅲ 圖目錄-------------------------------------------------------Ⅴ 表目錄-----------------------------------------------------ⅠⅩ 第一章 緒論---------------------------------------------------1 第一節 研究動機與背景-----------------------------------------1 第二節　研究目的--------------------------------------------- 2 第三節　研究範圍與限制----------------------------------------3 第四節 研究方法與步驟-----------------------------------------4 第五節 名詞解釋-----------------------------------------------7 第二章 文獻探討-----------------------------------------------8 第一節 認知設計與人機溝通-------------------------------------8 第二節 新產品的設計與開發------------------------------------11 第三節 以單晶片為控制核心的設計------------------------------16 第三章 系統設計與測驗實施----------------------------------- 24 第一節 系統發展方向------------------------------------------24 第二節 系統硬體規劃------------------------------------------25 第三節 系統軟體規劃------------------------------------------31 第四節 系統成效評估------------------------------------------42 第四章 研究成果與資料分析----------------------------------- 44 第一節 系統設計成果----------------------------------------- 44 第二節 受試者學後測驗分析----------------------------------- 80 第三節 受試者實作測驗分析----------------------------------- 89 第五章 結論與建議--------------------------------------------95 第一節 結論--------------------------------------------------95 第二節 建議--------------------------------------------------96 參考文獻---------------------------------------------------- 97 一、中文部分-------------------------------------------------97 二、英文部分-------------------------------------------------99 附錄一 即寫即用式微控制器系統學後問卷-----------------------100 附錄二 即寫即用式微控制器系統學後實作測驗卷-----------------106 圖目錄 圖1-1 研究進行流程圖-----------------------------------------4 圖1-2 系統發展會議流程圖-------------------------------------5 圖2-1 PLC卡8906配置圖---------------------------------------20 圖3-1 PNR I/O 微控制器系統之硬體示意圖----------------------25 圖3-2 「可程式輸入介面板」與「I/O連結控制板」的連結示意圖---29 圖4-1 「可程式輸入介面板------------------------------------45 圖4-2 「可輸入程式介面板」按鍵排列圖------------------------46 圖4-3 「可程式輸入介面板」按鍵手掌指的握姿------------------46 圖4-4 圖形式LCD顯示程式行號、指令欄位、參數欄位-------------47 圖4-5 圖形式LCD顯示選單、選項、光棒效果---------------------47 圖4-6 圖形式LCD顯示中英文-----------------------------------47 圖4-7 「可程式輸入介面板」中的記憶體單元--------------------48 圖4-8 「可程式輸入介面板」中的輸出單元(一)------------------49 圖4-9 「可程式輸入介面板」中的輸出單元(二)------------------49 圖4-10 「可程式輸入介面板」中的輸入單元(一------------------50 圖4-11 「可程式輸入介面板」中的輸入單元(二)-----------------50 圖4-12 「可程式輸入介面板」中的音效電路---------------------51 圖4-13 「可程式輸入介面板」中的控制晶片---------------------52 圖4-14 「可程式輸入介面板」中的系統連結插槽-----------------52 圖4-15 「I/O連結控制板--------------------------------------53 圖4-16 「I/O連結控制板」之輸入單元--------------------------54 圖4-17 「I/O連結控制板」輸入端子INPUT0~INPUT3---------------54 圖4-18 「I/O連結控制板」輸入端子INPUT4~INPUT7---------------54 圖4-19 「I/O連結控制板」輸入端子導通------------------------55 圖4-20 「I/O連結控制板」輸入端子未導通----------------------55 圖4-21 「I/O連結控制板」之輸出單元--------------------------56 圖4-22 「I/O連結控制板」輸出端子OUTPUT0~OUTPUT3-------------56 圖4-23 「I/O連結控制板」輸出端子OUTPUT4~OUTPUT7-------------56 圖4-24 「I/O連結控制板」輸出端子0接通-----------------------57 圖4-25 「I/O連結控制板」輸出端子0未接通---------------------57 圖4-26 「I/O連結控制板」之系統連結插槽----------------------58 圖4-27 「可程式輸入介面板」與「I/O連結控制板----------------59 圖4-28 平置系統連結裝置與線材-------------------------------60 圖4-29 「可程式輸入介面板」與排線連結-----------------------60 圖4-30 「I/O連結控制板」與排線連結--------------------------61 圖4-31 完成排線的連結---------------------------------------62 圖4-32 「可程式輸入介面板」與電源連結線連結-----------------62 圖4-33 「I/O連結控制板」與電源線連結------------------------62 圖4-34 「系統連結插槽」與「電源連結線」連線完成圖-----------63 圖4-35 「可程式輸入介面板」與「I/O連結控制板」固定孔--------63 圖4-36 「可程式輸入介面板」與「I/O連結控制板」固定圖--------64 圖4-37 插入12V直流電壓源------------------------------------64 圖4-38 系統電源開啟-----------------------------------------64 圖4-39 PNR微控制器系統完成組合------------------------------65 圖4-40 進入系統時的畫面-------------------------------------66 圖4-41 主程式選單畫面---------------------------------------66 圖4-42 按下「SUB」鍵----------------------------------------67 圖4-43 副程式選單畫面---------------------------------------67 圖4-44 設定選單畫面-----------------------------------------68 圖4-45 主選單的編輯-----------------------------------------68 圖4-46 按「上」或「下」鍵示意圖-----------------------------69 圖4-47 主選單選取不同指令時的變化情形-----------------------69 圖4-48 主選單選取不同欄位時的變化---------------------------71 圖4-49 按下「ENTER」鍵之示意圖------------------------------72 圖4-50 程式寫入一行後的變化---------------------------------72 圖4-51 按下「INS」鍵之示意圖--------------------------------73 圖4-52 畫面顯示「插入中」-----------------------------------73 圖4-53 按下「DEL」鍵之示意圖--------------------------------73 圖4-54 畫面顯示「刪除中」-----------------------------------74 圖4-55 副程式的編輯-----------------------------------------74 圖4-56 按「右」鍵選擇副程式選項之畫面變化-------------------75 圖4-57 按「左」鍵選擇副程式選項之畫面變化-------------------75 圖4-58 按下「ENTER」鍵--------------------------------------75 圖4-59 副程式選項S1、S2與其進入的畫面-----------------------76 圖4-60 離開編輯副程式S0回到副程式選單-----------------------77 圖4-61 進入設定選單的畫面-----------------------------------78 圖4-62 「執行程式」時的操作畫面-----------------------------78 圖4-63 按下「RESET」鍵--------------------------------------78 圖4-64 「清除程式」時的操作畫面-----------------------------79 圖4-65 回到「設定選單」-------------------------------------79 表目錄 表2-1 Intel MSC-51系列晶片的差別----------------------------12 表2-2 MCS-51接腳功能表--------------------------------------22 表3-1 PNR 微控制器系統指令----------------------------------31 表4-1 受試者對本系統輸出介面之觀感--------------------------80 表4-2 受試者對本系統輸入介面之觀感--------------------------81 表4-3 受試者對本系統操作方便性之觀感------------------------82 表4-4 受試者對本系統指令與功能之觀感------------------------83 表4-5 受試者對本系統組合與分離之觀感------------------------84 表4-6 受試者對本系統學習難易度之觀感------------------------85 表4-7 受試者對本系統造型尺寸重量之觀感----------------------86 表4-8 受試者對本系統維護步驟之觀感--------------------------87 表4-9 受試者對本系統教學價值之觀感--------------------------87 表4-10 受試者對本系統的整體評價-----------------------------88 表4-11 受試者實作測驗所用之時間列表-------------------------91 表4-12 不同科系受試者各題所用之平均時間---------------------92

    一、中文部分
    王泰元(民83)，人機介面的使用模式－以個人資訊機為例。台灣科技大學
    　　　　　　　工程技術研究所碩士論文。
    王得煒(民84)，產品設計評價。台灣科技大學工程技術研究所碩士論文。
    王美蓉(民86)，基於 TMS320C80 數位訊號處理器的多用途多媒體電路
    　　　　　　　板。國立雲林科技大學電子工程學系碩士論文。
    王培烝(民89)，可攜式酸鹼度計之混模積體電路設計。中原大學電子工程
    　　　　　　　學系碩士論文。
    朱宣宇(民88)，低壓工業配線訓練器。中正理工學院電機工程學系碩士論
    　　　　　　　文。
    余耀銘(民88)，研擬我國單晶片技能檢定分級與規範之研究。國立臺灣師
    　　　　　　　範大學工業教育研究所碩士論文。
    杜勇進(民83)，8052微電腦學習與實習機之研製。台北：行政院國科
    　　　　　　　會。
    林長華(民90)，螢光燈電子安定器預熱起動與消除輝紋控制策略。國立台
    　　　　　　　灣科技大學電子工程系碩士論文。
    卓良政(民89)，圖像式操作介面之研究--以數位相機為例。國立成功大學
    　　　　　　　工業設計系碩士論文。
    施思勤(民89)，運用團隊創意之傳遞式鷹架教學法研究---以單晶片專題
    　　　　　　　製作教學為例。國立台灣師範大學工業教育研究所碩士論
    　　　　　　　文。
    徐繼偉(民87)，我國高工單晶片控制實習教材之研究。國立台灣師範大學
    　　　　　　　工業教育研究所碩士論文。
    郭崑謨(民73)，企業概論。台北：華泰書局。
    連振輝(民80)，電腦鼠製作對機電科系學生機電整合能力影響之研究。國
    　　　　　　　立台灣師範大學工業教育研究所碩士論文。
    陳樹青(民89)，DSP影像處理卡設計之探討。國立中央大學機械工程研究
    　　　　　　　所碩士論文。
    陳俊偉(民88)，認知風格與使用者介面設計對注意力影響之研究。國立成
    　　　　　　　功大學工業設計系碩士論文。
    陳建雄(民88)，Individual Differences and Mental Modals in Human-
    　　　　　　　Computer Interaction。中華民國設計學會第四屆學術研
    　　　　　　　究成果研討會論論文輯。
    梁賢達(民87)，高工控制科機電整合控制實習教材發展與設備製作之研
    　　　　　　　究。國立台灣師範大學工業教育研究所碩士論文。
    張景堯(民82)，磁浮秤重系統之模擬與控制。國立清華大學電機工程研究
    　　　　　　　所碩士論文。
    張悟非(民81)，「從認知心理的觀點來探討視覺資訊設計的方向」，工業
    　　　　　　　設計雜誌，第二十一卷，第一期，p2~11
    彭瑋強(民88)，視訊壓縮上的數位信號程式技術研究。國立清華大學資訊
    　　　　　　　工程學系碩士論文。
    蓋世文(民87)，產品操作界面設計標準化模式建立研究。國立成功大學工
    　　　　　　　業設計系碩士論文。
    蔡朝洋(民86)，單晶片微電腦原理與應用。台北：全華圖書。
    謝澄漢(民82)，我國高工單晶片教學之調查研究，未出版。
    謝澄漢(民85)，以電腦鼠為主之單晶片微電腦專題製作教學實驗研究。
    謝澄漢(民86)，改進我國高工單晶片教材之研究。台北：行政院國科會。
    謝澄漢(民86)，微電腦控制。台北：益眾資訊。
    二、英文部份
    Cady (1997), Microcontrollers And Microcomputers Principles Of Software And
    Hardware Engineering. New York : Oxford Oxford University.
    Deal (1998) Cool chips: Microcontrollers and Robots .Reston :The　Technology
    Teacher,58(3),pp.29-34
    Devasia (1996), PC's and Micro-Controllers in Mechatronics　Education .
    Frontiers In Education Fie'96 26th　Annual Conference , pp.966-969
    Italo (1990)，”New Project Development And Marketing：A Practical guide” 1st
    ed.
    Clerk (1989)，”Project Scope and Project Performance” Management Science pp:
    1247-1263。
    Merle (1991)，”New Product Management” 3rd ed.
    Norman (1988)”The Psychology of everyday things”，New York: Basic Book Inc.
    Norman (1993)，Things That make US Smart，New York: Basic Book Inc.
    Notman (1990)，Why Interface Don’t Work，The Art of Human-Computer Interface
    Designing，New York：Addison-Wesley Inc.
    Philip Koter (1994)，”Marketing Management” 8th ed.，Prentice-Hall Inc.
    Stanley (1993)，”Business in A Changing world” 3rd ed.pp:371~391。

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