基于分布式技术的心理试验台的设计

张丹　包文娟　焦翠　李晓丹

【摘 要】分析了目前基于单片机的心理实验台和基于PC的心理实验台的优缺点，提出了一种基于分布式技术的心理实验台设计方案，融合了两种实验台的优点，克服其缺点，既能实现精确的定时与计时，又能和PC一样使用灵活方便。

【关键词】心理试验台；分布式技术；单片机

0 引言

根据使用的技术手段，可以把国内外现有的心理学实验平台归为两大类：一是，以单片机（Micro Controller Unit， MCU）为控制核心的心理实验台；二是，以个人计算机（Personal Computer，PC）为核心的心理实验台，通过在PC机上运行软件实现。

以单片机为核心的心理实验台一般拥有多个分立单机，如计时器、计数器、速示器、记忆仪、划消仪、声（光）刺激器、亮点闪烁仪等，通过组合或单独使用完成心理学实验。主要优点是：采用单片机为核心，实现精确定时。因此对信息呈现的时间控制比较准确，对被试者的反应时间测量也比较准确，满足了心理学实验的要求。其缺点是：（1）不能直接处理图片文字等多媒体信息，多用纸卡片作为信息的载体。（2）实验流程比较复杂，需要主试者具体安排，工作量很大。

以PC为核心实现的心理实验台是以PC为载体的软件实验平台，其优点是：（1）使用灵活方便，实验流程可自动化。因为PC的大规模普及，而且易于编程，目前有很多运行于PC的心理学软件，典型的有DMDX、E-Prime[1]等。（2）PC机多媒体信息处理能力很强，可以用LCD直接呈现刺激。各种格式的文字、图片都可以需要作为心理学实验的素材。但是，这种平台也有严重的缺点：大多数心理学实验对时间的控制测量非常严格，PC刺激呈现时间和反应时间的测量有非常大的误差，不能满足心理学实验的要求。产生误差的原因主要有：（1）Windows是一个很复杂的多任务操作系统，要实现多任务的调度，所心理实验程序会被Windows中断。（2）硬盘读取速率受限。（3）信息从读取到写入缓存在显示器上显示存在延时。（4）PC机的键盘有自己独立的处理器，对数量众多的按键进行扫描，消抖，编码，然后通过USB或PS/2接口和操作系统反馈到心理实验软件。所以使用PC机的键盘作反应键，无法准确测试被试的反应时间。

1 基于分布式技术的心理实验台设计方案

针对上述两种心理学实验台的现状，本文以分布式技术作为主要的设计思想，提出了一种新型的心理综合实验台，旨在把上述两种心理实验平台的优点相融合，同时克服其各自的缺点。设计主要分为两部分，第一步设计一个LCD多功能显示终端，第二步以LCD多功能显示终端作为基础模块构建心理实验台。

1.1 LCD多功能显示终端的设计

LCD多功能显示终端的设计通过串口接收指令，根据指令，可以完成功能有：读取存储在SD卡的BMP图片在LCD上显示和切换；显示包括汉字在内的各种字符；能完成区域更新操作和清屏功能；调节LCD背光的亮度，控制其开通和关断。LCD多功能显示终端设计方案的总体框图如图1所示。

MCU选用ARM芯片，是显示终端控制核心。LCD驱动芯片MT210G16，可驱动1280*720及以下分辨率的LCD，支持16位真彩色显示。MT210G16外接SDRAM作为显示缓存，内置SDRAM控制器对缓存进行控制；将SDRAM分为两个缓存区，快速进行双缓存的切换[2]。图中SD卡用于存放BMP图片文件，与ARM的SDIO相连，工作在SD模式。Nor Flash用于存放汉字字库。LED调光电路是LCD的背光电路。RS232接口是多功能显示终端的通信接口，可以接受指令信息。

LCD显示终端可以作为一个串口模块，通过串口向其发送命令，可以完成各种功能，实现和PC类似通过显示器呈现心理学素材的功能。

1.2 以LCD多功能显示终端构建心理实验台

以LCD多功能显示终端作为基础模块，构建心理实验台，以一个主MCU控制一个或多个LCD多功能显示终端。心理实验台的整体框图如图2所示。

图2 心理实验台的整体框图

主控MCU是实验台的核心，负责实验流程控制，实现精确的定时，实验数据测量、保存。系统包含了两个屏幕：主控屏和被试屏，每一个屏都是前文所述的多功能显示终端。主控MCU通过串口与主控屏和被试屏相连接。主试屏显示实验目录，实验过程中所测试的数据等信息。被试屏用于呈现图片文字等心理学素材。在系统里面共有三个微控制器，每个微控制器负责不同的任务和功能，体现了分布式设计思想。该实验台加入了PS/2通用键盘，主试可以用键盘和显示终端方便的操控整个实验台，如选择实验，保存数据等，做到类似PC实验台的灵活易用。

2 总结

基于分布式技术实现的心理实验台保留了两种分别以单片机和PC为核心的两种心理实验平台的优点相融合，同时克服其缺点，其特点如下：（1）以TFT-LCD作为显示设备，显示的内容直接美观，易于操作。（2）实验流程自动化，使用方便。内部软件根据心理学实验的要求，已经自动安排好实验步骤。主试者只需要选择要做的实验即可进行实验，不需再安排实验的流程。（3）可以实现准确的控制刺激呈现时间和测量反应时间。

【参考文献】

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

[2]周立功单片机有限公司.MT210G16 数据手册[EB/OL]. http：//www.zlgmcu.com /ZLG/MT210G16.asp， 2016.

[责任编辑：杨玉洁]