基于分布式技術的心理試驗臺的設計

張丹　包文娟　焦翠　李曉丹

【摘 要】分析了目前基于單片機的心理實驗臺和基于PC的心理實驗臺的優缺點，提出了一種基于分布式技術的心理實驗臺設計方案，融合了兩種實驗臺的優點，克服其缺點，既能實現精確的定時與計時，又能和PC一樣使用靈活方便。

【關鍵詞】心理試驗臺；分布式技術；單片機

0 引言

根據使用的技術手段，可以把國內外現有的心理學實驗平臺歸為兩大類：一是，以單片機（Micro Controller Unit， MCU）為控制核心的心理實驗臺；二是，以個人計算機（Personal Computer，PC）為核心的心理實驗臺，通過在PC機上運行軟件實現。

以單片機為核心的心理實驗臺一般擁有多個分立單機，如計時器、計數器、速示器、記憶儀、劃消儀、聲（光）刺激器、亮點閃爍儀等，通過組合或單獨使用完成心理學實驗。主要優點是：采用單片機為核心，實現精確定時。因此對信息呈現的時間控制比較準確，對被試者的反應時間測量也比較準確，滿足了心理學實驗的要求。其缺點是：（1）不能直接處理圖片文字等多媒體信息，多用紙卡片作為信息的載體。（2）實驗流程比較復雜，需要主試者具體安排，工作量很大。

以PC為核心實現的心理實驗臺是以PC為載體的軟件實驗平臺，其優點是：（1）使用靈活方便，實驗流程可自動化。因為PC的大規模普及，而且易于編程，目前有很多運行于PC的心理學軟件，典型的有DMDX、E-Prime[1]等。（2）PC機多媒體信息處理能力很強，可以用LCD直接呈現刺激。各種格式的文字、圖片都可以需要作為心理學實驗的素材。但是，這種平臺也有嚴重的缺點：大多數心理學實驗對時間的控制測量非常嚴格，PC刺激呈現時間和反應時間的測量有非常大的誤差，不能滿足心理學實驗的要求。產生誤差的原因主要有：（1）Windows是一個很復雜的多任務操作系統，要實現多任務的調度，所心理實驗程序會被Windows中斷。（2）硬盤讀取速率受限。（3）信息從讀取到寫入緩存在顯示器上顯示存在延時。（4）PC機的鍵盤有自己獨立的處理器，對數量眾多的按鍵進行掃描，消抖，編碼，然后通過USB或PS/2接口和操作系統反饋到心理實驗軟件。所以使用PC機的鍵盤作反應鍵，無法準確測試被試的反應時間。

1 基于分布式技術的心理實驗臺設計方案

針對上述兩種心理學實驗臺的現狀，本文以分布式技術作為主要的設計思想，提出了一種新型的心理綜合實驗臺，旨在把上述兩種心理實驗平臺的優點相融合，同時克服其各自的缺點。設計主要分為兩部分，第一步設計一個LCD多功能顯示終端，第二步以LCD多功能顯示終端作為基礎模塊構建心理實驗臺。

1.1 LCD多功能顯示終端的設計

LCD多功能顯示終端的設計通過串口接收指令，根據指令，可以完成功能有：讀取存儲在SD卡的BMP圖片在LCD上顯示和切換；顯示包括漢字在內的各種字符；能完成區域更新操作和清屏功能；調節LCD背光的亮度，控制其開通和關斷。LCD多功能顯示終端設計方案的總體框圖如圖1所示。

MCU選用ARM芯片，是顯示終端控制核心。LCD驅動芯片MT210G16，可驅動1280*720及以下分辨率的LCD，支持16位真彩色顯示。MT210G16外接SDRAM作為顯示緩存，內置SDRAM控制器對緩存進行控制；將SDRAM分為兩個緩存區，快速進行雙緩存的切換[2]。圖中SD卡用于存放BMP圖片文件，與ARM的SDIO相連，工作在SD模式。Nor Flash用于存放漢字字庫。LED調光電路是LCD的背光電路。RS232接口是多功能顯示終端的通信接口，可以接受指令信息。

LCD顯示終端可以作為一個串口模塊，通過串口向其發送命令，可以完成各種功能，實現和PC類似通過顯示器呈現心理學素材的功能。

1.2 以LCD多功能顯示終端構建心理實驗臺

以LCD多功能顯示終端作為基礎模塊，構建心理實驗臺，以一個主MCU控制一個或多個LCD多功能顯示終端。心理實驗臺的整體框圖如圖2所示。

圖2 心理實驗臺的整體框圖

主控MCU是實驗臺的核心，負責實驗流程控制，實現精確的定時，實驗數據測量、保存。系統包含了兩個屏幕：主控屏和被試屏，每一個屏都是前文所述的多功能顯示終端。主控MCU通過串口與主控屏和被試屏相連接。主試屏顯示實驗目錄，實驗過程中所測試的數據等信息。被試屏用于呈現圖片文字等心理學素材。在系統里面共有三個微控制器，每個微控制器負責不同的任務和功能，體現了分布式設計思想。該實驗臺加入了PS/2通用鍵盤，主試可以用鍵盤和顯示終端方便的操控整個實驗臺，如選擇實驗，保存數據等，做到類似PC實驗臺的靈活易用。

2 總結

基于分布式技術實現的心理實驗臺保留了兩種分別以單片機和PC為核心的兩種心理實驗平臺的優點相融合，同時克服其缺點，其特點如下：（1）以TFT-LCD作為顯示設備，顯示的內容直接美觀，易于操作。（2）實驗流程自動化，使用方便。內部軟件根據心理學實驗的要求，已經自動安排好實驗步驟。主試者只需要選擇要做的實驗即可進行實驗，不需再安排實驗的流程。（3）可以實現準確的控制刺激呈現時間和測量反應時間。

【參考文獻】

[1]Schneider W， Eschman A， & Zuccolotto A. E-Prime Users Guide. Pittsburgh： Psychology Software Tools Inc， 2002[Z].

[2]周立功單片機有限公司.MT210G16 數據手冊[EB/OL]. http：//www.zlgmcu.com /ZLG/MT210G16.asp， 2016.

[責任編輯：楊玉潔]