崑山科技大學

電腦與通訊系四技部

專題製作報告

為身心障礙患者設計

之

生理輔助控制系統

學生： 高笙哲（4990D034）

朱宥儒（4990D065）

章子軒（4990D086）

林皇坤（4990D101）

指導老師:

師：

吳崇民老師

中 華 民 國 一 百 零 三 年 一 月

摘要

本研究為重度身心障礙患者，例如運動神經元疾病，如漸凍人或

肌肉萎縮患者(Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS)，而設計溝通輔具，

運用眼球動作訊號(眼電圖, EOG)產生摩斯碼輸入訊號，讓他們能藉由

眼球訊號來控制鍵盤或滑鼠等,使他們能清楚表達他們內心所想表達的

事物，讓他們能跟照顧他們的醫生或家屬有一個有用的溝通工具。EOG

訊號及摩斯碼訊號在應用上皆有其限制，在 EOG 生理訊號量測方面，

由於訊號小非常容易受到外界雜訊干擾，且電極貼片容易因眼球動作

產生鬆動，導致訊號準位漂移，利用基準線追蹤演算法來克服此問題，

在摩斯碼辨識方面，由於摩斯碼有長短音比為 3 比 1 的輸入限制，使

用者在輸入上需長時間練習，才能達到快速且準確，這對一般使用者

來說，造成極大的困擾，且容易因次喪失信心，因此設計摩斯碼自動

辨識演算法，自動隨著使用者的輸入速度調整摩斯碼的判斷閥值，提

高摩斯碼的辨識率，讓使用者可以輕鬆的輸入摩斯碼。

本裝置可以代替電腦的滑鼠、鍵盤等裝置，搭配小體積的平板電

腦，透過藍芽無線傳輸，協助身心障礙患者能遠端控制家電。

致謝

首先，我們要感謝我們的指導老師-吳崇民老師，老師教學嚴謹，

克盡心思的指導與教誨，使本專題得以豐富充實。在此專題製作期間

老師給予我們學習與磨練的機會，未來也將畢業成為社會的一份子，

現今除了在課業上有很大的收穫之外，就是認識許多的好老師與好學

長。感謝專題小組的團結合作，大家互相的督促與勉勵，才能完成這

艱鉅的工程。在此，僅對教誨我們、關心我們、鼓勵我們的師長與所

有全組人員們表達內心最誠摯的感謝。

i

目錄

頁次

摘要

致謝

目錄--------------------------------------------------i

圖目錄 ---------------------------------------------iii

表目錄 ----------------------------------------------iv

第一章 緒論

1.1 研究動機------------------------------------------1

1.2 研究目的------------------------------------------3

1.3 產品化之市場分析----------------------------------4

第二章 方法

2.1設計與架構----------------------------------------5

2.2 EOG 模組-----------------------------------------5

2.3 EOG訊號擷取的方法--------------------------------6

2.4 INA 128訊號放大原理------------------------------7

2.5 LM324比較器--------------------------------------8

2.6 摩斯碼辨識裝置------------------------------------9

2.7 摩斯碼--------------------------------------------9

ii

2.8模糊辨識------------------------------------------11

2.9藍芽與平板的連接----------------------------------12

第三章 成果

3.1實際成品介紹--------------------------------------14

第四章 結論與未來展望

4.1 結論---------------------------------------------17

4.2 未來展望-----------------------------------------18

參考文獻---------------------------------------------19

附錄

附錄一 LM324運算放大器-------------------------------21

附錄二 Android系統-----------------------------------22

附錄三 繼電器控制------------------------------------22

附錄四 藍芽模組--------------------------------------23

附錄五 輔助輸入系統使用說明--------------------------26

附錄六 單晶片MCS-51介紹------------------------------28

附錄七 7407邏輯閘 IC介紹-----------------------------37

附錄八 Morse code Table 1 & 2 & 3--------------------39

iii

圖目錄

圖 1.1 義肢結合鍵盤敲擊器圖----------------------------2

圖 2.1 多功能輔助輸入系統架構圖-----------------------12

圖 2.2 眼球轉動圖-------------------------------------13

圖 2.3 貼片黏貼位置-----------------------------------13

圖 2.4INA128 儀表放大器電路圖------------------------14

圖 2.5 LM324比較器電路圖-----------------------------15

圖 2.6 原始 EOG 波形與轉換控制波形圖------------------16

圖 2.7 摩斯碼敲擊器-----------------------------------16

圖 2.8 微控制器流程圖---------------------------------18

圖 2.9 藍芽繼電器系統架構圖--------------------------19

iv

表目錄

表 2.1 莫爾斯電碼的字母和數字圖表--------------------17

表 2.13 各式收發模組特色比較表-----------------------20

1

第一章

緒論

1.1 研究動機

摩斯碼給一般人所認知的方向是在於軍事用途上，摩爾斯（Samuel F. B.

Morse，1791-1872）將電訊實用化之一位畫家，發明摩爾斯碼，建立了早期之

電訊通訊模式，雖然在歷史上並非第一個發明使用 ON OFF 訊號通訊者，但確

是第一個將之申請專利並實用化者。摩爾斯發明電碼乃是將文字以數個長短不

同的訊號代表，作成最簡單之電報通訊，為求傳送效率乃利用英文最常用之字

母為最短音，依常用性規定其長短音之長短，使通訊時間縮短。

而今我們將以前所發明的這種傳送訊息的方式，利用於醫療輔助系統，用

來使用在一些因『意外』卻造成肢體上面的傷害患者們，甚至有可能癱瘓，帶

給患者的是許多生活方面上的不便，希望能讓醫療患者有機會可以改變生活，

彌補患者溝通上面的不便。『意外』在無形之中發生，雖然有時有事先防範之

備，但是許多時候卻是無可避免，如疾病的發生、事故的傷害…等等。在意外

發生過後，可能會造成肢體上傷害甚至有可能癱瘓，導致患者喪失行動上的自

由及言語上溝通能力，帶給患者許多生活方面上的不便，也對家屬或醫療人員

照顧上的困難，為此本研究替患者重新找回表達的能力，設計這項溝通工具。

由於市面上大多數的醫療輔助系統，在輔助儀器使用上大多數為使用上複雜、

體積笨重，通常需要旁人協助完成安裝，然而在價格方面，可說是讓人望之卻

2

步，圖 1.1 為義肢結合鍵盤敲擊器圖，旁人協助安裝義肢，再搭配鍵盤敲擊器，

義肢價格都在萬元以上。

本研究室莊爵譽學長、劉俊賢.王昱智學長先後完成《為重度身心障礙患

者設計之 EOG 輔具輸入系統研究》、《多功能輔助輸入系統》，我們將這些研

究進行一些改進跟整合，利用簡單的眼球轉動，代替電腦上面的輸入系統(鍵

盤，滑鼠…等等)，進而控制電腦，達到使用者可以依自己的意識，執行使用

者的命令工作，安裝容易、攜帶方便，不必花大錢，也能享受生活上面的便利。

圖1.1 義肢結合鍵盤敲擊器圖

3

1.2 研究目的

此裝置主要代替電腦的鍵盤、滑鼠…等輸入介面，只要簡單的安

裝步驟即能使用，此裝置的優點在於協助患者與家人、醫護人員，使

用平板電腦的方式作為溝通，平板電腦的好處在於可以方便攜帶、體

積小，相對於桌上興電腦更顯為方便，透過平板電腦省去不必要的溝

通錯誤與不明，更可以依照患者的意識，控制平板電腦，這無疑的讓

患者也有機會瀏覽網路資訊，得知網路上最新知訊，甚至可以在網路

上與人交流，減少患者對於疾病傷害的陰影，讓使用者可以感受到醫

療設備的進步。

此裝置可以配合醫療工具，像是輪椅、救護鈴等醫療器具上，亦

可以使用在其他電器設備，像是電燈、電風扇等等患者難以自行啟動

的電器用品上，只需要動動眼睛，就能輕鬆操控這些家電，也能加以

運用在手機上，只要患者練習輸入摩斯碼，可以利用手機與外界溝通，

也可在患者有緊急需求之時，能夠在最短的時間，通知讓患者友人及

家人，知道患者的需要，讓患者也能享受跟正常人般的便利。

4

1.3 產品化之市場分析

台灣在2005年醫療用品的總出口值約120億新台幣，其中物理治療

產品及訓練輔具就為總出口值的百分之十五，約為18億新台幣。本系

統屬於訓練輔具適用於重大疾病的患者身上，例如運動神經元疾病、

漸動人或肌肉萎縮患者(Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS)及有重大肢

體障礙的使用者…等。

本系統產品化所具有的優勢大致分為三個點:

1. 較目前市面上的相關產品製造成本便宜

2. 訊號辨識率高

3. 系統作業穩定、與週邊硬體相容性高

4. 適合重障患者使用

主要鎖定對無法以口語表達及肢體行動有重大障礙者為消費群，讓使

用者恢復表達能力為訴求，並以人道角度關懷與尊重使用者。

5

第二章

方法

2.1設計與架構

輸入設備執行訊號輸入動作，微控制器則負責模式判斷與摩斯密

碼的組合和編譯，再經由 PS/2 或 USB 傳送回電腦顯示鍵盤或滑鼠指

令，亦可透過 OTG線操控平板電腦，如圖 2.1為系統架構圖。

圖 2.1EOG 輔助輸入系統架構圖

2.2原理

人體的全身皆有電氣的現象，每個生理小動作都有微小的電壓產

生，猶如心臟的跳動稱為心電圖，腦細胞的活動稱為腦波圖…等等。

EOG為眼電壓訊號，其用途通常用來量測生理狀況的依據，也有作為

紀錄之用。EOG輸入系統，是ㄧ種利用摩斯碼控制的裝置，利用眼球

的轉動，轉變為摩斯碼控制訊號，初期預估可以使用在重大疾病的患

者身上，例如運動神經元疾病，漸動人或肌肉萎縮患者(Amyotrophic

Lateral Sclerosis, ALS)，由於裝置的輕薄短小，使用者可以輕易

EOG

Microproces

sor 單鍵輔助

控制系統

使用者介面

Microproces

ces 單鍵輔助

控制系統

6

攜帶，可增加使用者的移動空間，不受環境的侷限。

眼電圖法(electro-oculogram,EOG)[15]是眾多量測眼球運動方

法之一，其主要是測量視網膜色素上皮和角膜之間存在的電位，也就

是視網膜電位圖2.2，眼球往右轉動產生正半周，往左轉動產生負半

周。量測的電壓數據大概介於50至3500uV之間，頻率為dc-100Hz，眼

球轉動範圍大約正負30度，並以EOG電壓的關係成正比，因此我們可

以依照數據判斷眼球轉動的方向。

EOG訊號所量測的數據因人而異，即使在相同的測量環境條件下，數

據也因為許多因素而不盡相同。例如：眼睛周圍油脂分泌所影響的量

測，這些相關的因素我們在此並不予探討。

圖 2.2眼球轉動圖

2.3 EOG訊號擷取的方法

我們採用ㄧ般生理訊號專用的電極貼片(低週波訊號專用)，此貼

片亦可以用來擷取心電圖、腦波圖…等生理訊號，將兩片感測貼片黏

於受測者之太陽穴靠近眼角的位置，而接地貼片則貼於遠離心臟的四

7

肢，以避免受到心跳訊號的干擾，黏貼位置如手掌或腳上。圖2.3為

貼片黏貼位置。

圖 2.3貼片黏貼位置[15]

2.4INA 128訊號放大原理

將電極貼片所擷取之水平(V( )-V( ))與垂直(V )-V( ))

眼動訊號差值，利用德州儀器公司的儀表放大器，分別進行500~1000

倍的電壓訊號放大。

圖2.4INA 128儀表放大器電路圖[16]

德州儀器公司的INA 128儀表放大器電路圖。由圖2.5的放大倍率調整

8

公式G=1+

得知，可經由調整外接電阻 來改變儀表放大器的放大

倍率G，放大倍率G約為886倍。

2.5 LM324比較器

當去掉運算放大器的反饋電組時，或者說反饋電組趨於無窮大時

(即開路狀態)，理論上認為運算放大器的開路放大倍率也為無窮大，

此時運算放大器便形成一個電壓比較器，其輸出如不是一個高電位

(V+)，就是低電位(V-)或接地，當正輸入端電壓高於負輸入端電壓，

運算放大器輸出低電位。

圖2.7 LM 324比較器電路圖

9

2.6摩斯碼轉換辨識結果

將EOG原始訊號擷取後，經由轉換後產生摩斯碼控制訊號，圖九

中上方波形為對應轉換波形，圖2.6波形為原始EOG波形。

圖2.7原始EOG波形與轉換控制波形圖

2.7摩斯碼

摩斯電碼是一種早期的數位化通訊形式，但是它不同於現代只使

用0 和1 兩種狀態的二進位代碼，如圖2.9使用敲擊的方式達到編碼

功能，它的代碼包括五種：

圖2.8摩斯碼敲擊器[14]

10

表 2.1 莫爾斯電碼的字母和數字圖表[17]

11

2.8模糊辨識

在系統開始執行時，微控制器運行單鍵模式，之後會進行自動輸

出與手動輸出的模式判斷，當患者選擇自動輸出，患者只需輸入欲組

合的字元，當組合時間一到，系統就會進行編譯與組合，如果患者是

選擇手動輸出模式，患者除了輸入欲組合的字元，還需多按一次輸出

鍵，系統才會進行編譯與組合，這樣設計的優點能讓患者不受時間的

限制，輸入欲組合的字元，而系統上也有指示燈讓患者知道目前使用

何種模式。組合後的指令系統將會找出相對應的鍵盤碼，會經由PS/2

傳送至電腦上顯示文字，由於此系統是以標準鍵盤為基礎設計的，因

此可以輸入鍵盤的各種字元，依照各國系統語言的不同，可產生相對

應的字元，所以本系統能輸入世界各國的字元如中文、英文或日文，

圖2.11為微控制器流程圖。

圖 2.9微控制器流程圖

12

2.9藍芽與平板的連接

設計與架構:

由藍芽模組接收從平板或電腦上傳來的 ASCII CODE 碼，透過

Microprocessor 的判斷後驅動所對應的繼電器，藉以達到控制家電的

目的。

圖 2.10 藍芽繼電器系統架構圖

原理及分析:

藍芽本身的傳送與接收是透過 ASCII CODE 碼，在平板上的使用

者介面透過傳送 ASCII CODE 碼，藍芽接收之後將 ASCII CODE 碼

送到 Microprocessor(單晶片 2051)，單晶片 2051本身就可以讀取

ASCII CODE 碼，不用再另外解碼，由 2051判斷之後再去驅動所對

應的繼電器，硬體本身會外接 110V的電壓，透過繼電器去控制，當

所對應的繼電器驅動之後講 110V送到欲控制之家電。

當連接其他設備時請注意 TX 應與 RX 對接，資料才能對傳，如

繼電器

13

圖2.12所示。2051跟藍芽模組所設定的鮑率要一樣，不然接收到的

ASCII CODE碼，會變成亂碼。

表2.2各式收發模組特色比較表

Bluetooth Home RF 紅外線IrDA

連接方式 無方向性

不易被阻斷

無方向性

不易被阻斷

有方向性

易被阻斷

傳送速度 723kbps 0.8Mbps/1.6Mbps 4Mbps/16Mbps

模組成本 目標US$5.0 目標US$25 US$1.5-2.5

傳送距離 10M/100M 50M 3-5M

14

第三章

成果

3.1成品介紹

(EOG 成果圖)

15

(EOG 示波器量測圖)

(辨識系統)

16

(藍芽接收端與繼電器、家電)

(使用者界面)

17

第四章

結論與未來展望

4.1結論

本研究透過眼睛訊號(EOG)和輔助系統的結合，控制使

用者介面的鼠標，介以啟動使用者介面上的APP搭配藍芽傳

輸去控制家電用品，此系統的操作可讓身心障礙患者，生活

上更便利。眼睛的訊號(EOG)因每個人的生理訊號的不同，

產生的訊號大小及清晰度也不同，不過可以透過一段時間的

訓練，達到控制的目的。

輸入輔助系統，用訊號0與1改變，達到控制摩斯碼的效

果，得以操作我們要求的目的，訊號可利用眼睛訊號(EOG)

控制，或者按鍵單鍵輸入控制，可配合生心障礙患者的需求

改變其輸入方式。

目前本研究上有可改進空間，如眼睛訊號(EOG)會因每

個人的生理訊號不同，造成眼睛訊號(EOG)的準度不同，且

本研究的測量者都是身心狀況正常的使用者，並未實際應用

在真正的身心障礙者身上，未來藉由臨床實驗測試，才能得

以判斷此方法的適用性是否能有較客觀的數據。

18

4.2未來展望

未來除了持續研究如何讓眼睛訊號(EOG)更為精確，也會

進行應用在真正的身心障礙患者的測試，也希望能夠將發展

出更多不同型式的輸入模式，得以讓更多不同類型的身心障

礙患者，更加方便及更容易使用的輔助控制系統。

19

參考文獻 [1] M. C. Hsieh and C. H. Luo, “Morse Code Text Typing Training of a

Teenager with Cerebral Palsy using a Six-Switch Morse Keyboard,”

Disability and Technology, Vol. 10, pp. 31-25, 1999.

[2] M. C. Hsieh, C. H. Luo, and C. W. Mao, “Unstable Morse code

recognition with adaptive variable-ratio threshold prediction for

physically disabled persons,” IEEE Trans. Rehab. Eng., Vol. 8, No 3,

pp. 405-413, 2000.

[3] D. T. Fuh and C. H. Luo, “Unstable Morse code recognition system

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Med. Eng. & Tech., Vol. 25, No. 3, pp. 118-123, 2001.

[4] D. T. Fuh and C. H. Luo, “Unstable Morse code recognition system

with Expert-Gating Neural network,” Biomedical Engineering

Applications Basis and Communications, Vol. 14, No. 1, pp. 12-19,

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[5] C. M. Wu and C. H. Luo, “Morse code recognition system with fuzzy

algorithm for disabled persons,” J. Med. Eng. & Tech., Vol. 26, No. 5,

pp. 202-207, 2002.

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法則，全華

[7] 林汶正《以可程式為控制系統晶片為基礎之生理訊號監測系統》

20

中原大學電機工程學系碩士學位論文 2003.7

[8] 許永和微處理機與 USB 主從介面之設計與應用，儒林

[9] CooperMaaArduino 入 門 教 學

http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2011/05/arduino.html

[10] CAVE 教育團隊, 曾吉弘等著，LabVIEW for Arduino：控制與

應用的完美結合，馥林文化

[11] 梅克．施密特 Maik Schmidt ，Arduino 快速上手指南

[12] 蓋索林，Google!Android 手機應用程式設計入門(第五版)，松崗

[13] 何孟翰，Google Android SDK 實戰演練，悅如文化

[14] 劉俊賢.王昱智,《多功能輔助輸入系統》,崑山科技大學電子工

程系學生專題研究報告,101 年 6 月

[15] 莊爵譽《為重度身心障礙患者設計之 EOG 輔具輸入系統研究》

崑山科技大學電子工程系學士學位論文 2007.5

[16] 喬治查爾斯電子電路網

http://gc.digitw.com/Circuit/LM324-Applys.pdf

[17] 維基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia

http://web.lib.ksu.edu.tw/Webpac2/store.dll/?ID=172358&T=0&S=ASC&ty=iehttp://coopermaa2nd.blogspot.tw/2011/05/arduino.htmlhttp://gc.digitw.com/Circuit/LM324-Applys.pdf

21

附錄一 LM324運算放大器

LM324是四運算放大器積體電路，採用14腳雙列直插塑膠封裝,

每一組運算放大器可用圖2.5 所示的符號來表示，它有5個引出腳，

其中”+“、”-“為兩個訊號輸入端，”V+“、”V-“為正、負電源

端，”Vo”為輸出端。兩個訊號輸入端中，Vi-(-)為反相輸入端，表

示運算放大器輸入端Vo的信號與該輸入端的相位相反:Vi+(+)為同相

輸入端，表示運算放大器輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。

LM324的引腳排列圖由於LM324四運算放大器電路具有電源電壓寬，靜

態功率消耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛應用在

各種電路中。

圖2.5 LM324運算放大器[16]

22

附錄二 Android系統

Android以Linux為核心的Android行動平台，使用Java作為程式

語言，使介面到功能，都有層出不窮的變化，其中Activity等同於J2ME

的MIDlet，一個Activity類別負責建立視窗，一個活動中的Activity

就是在foreground（前景）模式，背景執行的程式叫做Service。兩

者之間透過由ServiceConnection和AIDL連結，達到複數程式同時執

行的效果。如果執行中的Activity全部畫面被其他Activity取代時，

該Activity便被停止，甚至被系統清除。[18]

附錄三 繼電器控制

繼電器的用途

一般的搖頭開關都只能承受小電流，瞬間電流過大的話接點會產

生火花造成氧化，進而加速開關老化，而繼電器則可以承受到 30A的

大電流，繼電器這種電子控制元件，它具有控制系統和被控制系統，

通常應用於自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電

流的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換

電路等作用。

繼電器的工作原理與特性

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。

23

圖2.11 繼電器控制原理圖[18]

在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而

產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力

吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。

當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作

用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。

這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。

此研究中，我們利用繼電器當作控制開關，將8051的電流訊號去

控制需要大電流的家電用品，形成一種自動開關。

附錄四 藍芽模組

藍芽技術特性

藍芽最初的概念起源源於 1994年，Ericsson的一項低功率、低

成本的射頻介面研究，其重點在於短距離的無線傳輸技術。這項無線

技術的名稱取自古代丹麥維京國王 HaraldBlaatand的名字，他以統

一了因宗教戰爭和領土爭議而分裂的挪威與丹麥而聞名於世，而這個

24

名字的英文字面意義便是 Harald Bluetooth 。

藍芽是種可應用在電腦、行動電話、及其他家電用品上的無線傳

輸技術，還是一項具有低功率、低耗電的短距離無線通訊技術。最初

設計理念是為了讓各種設備如行動電話、筆記型電腦、PDA等能藉由

藍芽技術互相連結，取代原本設備互連時所需的纜線。

藍芽採用高斯二位元頻率鍵送 GFSK(Gaussian-shaped,Binary FSK)

的調變技術，其調變指數(Modulation Index)為 0.3；傳輸功率為 1mW

至 100mW。藍芽採用目前開放但沒有特定授權的 2.4 GHz

ISM(Industrial Scientific Medical)公用頻帶，藍芽是採取跳頻

(Frequency Hopping, FH)分碼的多工擷取方式(Code Division

Multiple Access)。在 2.4GHz的波段中，間隔為 1MHz，定義了 79

個跳頻載波，稱為跳頻頻道(Hopping Channel)，其跳頻的頻率為 1600

次/秒(一個 time slot的時間為 625 us)。此外藍芽採用了時域分割

(Time-Division Duplex, TDD)及跳頻技術。用在連續的兩個 time

slot，前者用來作為Master送資料給Slave之用；後者用來作為Slave

送資料給 Master之用，因此除了能在抵抗外界干擾之同時，更能有

效避免傳送與接收訊號間彼此的交互衝擊干擾。假如 Master成功地

將資料傳送給 Slave，則 Slave將回傳(Acknowledgment)訊息給

Master，Master則繼續傳送下一筆資料；若傳送過程封包與外界干

25

擾發生碰撞，則 Slave將回傳 NACK(Negative Acknowledgment) ，

Master則在下一個 Time Slot重傳資料。

藍芽技術主要特點

１.操作頻段 2‧4GHz 工業、科學、醫療頻段。可及範圍十公

分到一百公尺。

２.使用跳頻展頻技術（Frequency Hopping Spread Spectrum；

FHSS）。

３.最多可支援八個連接阜（包含八個以上）。

４.傳輸方向不受限制，資訊由本身四面八方傳輸。

５.支援同步和非同步傳輸模式，易與 TCP/IP 整合成網路。

26

附錄五 輔助輸入系統使用說明

本輔具因採用模組化設計，所以將按鍵與系統各自獨立，使用前請先

選擇模式並搭配適合的按鍵，以及將本輔具鍵盤 PS/2 及滑鼠 USB 延

長線連結至電腦即，可開始使用本輔具。

多功能輔具模型草圖

27

輔具面板介紹：

Reset (重置)按鈕:當系統無反應或不正常時，請按一下此按鈕，

系統便會重新執行

鍵盤 PS/2:鍵盤連結座

滑鼠 USB:滑鼠連結座

紅外線發射 亮燈:代表有訊息透過紅外線發射出去

Caps Lock 亮燈:當輸入指令後系統即將接下來輸入的英文字元

轉換為大寫

Shift 亮燈:鎖定在 shift 按住狀態接下來輸入的字員都為符號或英

文字元大寫

Ctrl 亮燈: 鎖定在 ctrl 按住狀態

Alt 亮燈: 鎖定在 alt 按住狀態

速度調節器(Speed):可調整輔具的字元組合時間，數字越大組合

時間越長

Mouse 亮燈:提醒使用者目前是使用滑鼠模式

鍵盤 亮燈:提醒使用者目前是使用鍵盤模式

紅外線 亮燈:提醒使用者目前是使用紅外線模式

One 連結座:使用單鍵模式需使用單顆按鍵作輸入方式，並利用此

插座連結按鍵

28

附錄六 單晶片MCS-51介紹

MCS-51是 Intel公司所設計的8051系列單晶片的總名稱，8051 是

一種 8 位元的單晶片微電腦的名稱，屬於 MCS-51 單晶片的一種，

由英特爾公司於 1981 年製造的 MCS-51 族系單晶片。

MCS-51 系列單晶片可分為下列 3 種版本：

1.晶片內不含程式記憶體﹙ROMless﹚。

2.晶片內含記憶體 ROM。

3.晶片內含程式記憶體 EPROM

圖 2.1 8051 單晶片接腳

29

8051 單晶片接腳功能如下表 2.1:

表 2.18051 接腳功能

腳位 接腳名稱 功能簡介

40 VDD 正電源輸入腳，接+5V

20 VSS 系統接地

32~39 P0.0~P0.7

Port0：埠 0 是一個開汲極(Open Drain)雙向 I/O 埠。在存取外

部記憶體時，埠 0 具有資料匯流排(Data Bus)及低八位元位址

線(A0~A7)的多重功能。埠 0 在當成一般 I/O 使用時必須加上

外部提升電路。

1~8 P1.0~P1.7 Port1：埠 1 是具有內部提升電路的雙向 I/O 埠

21~28 P2.0~P2.7

Port2：埠 2 是具有內部提升電路的雙向 I/O 埠。

在存取外部記憶體時，埠 2 是當作高八位元的

位址線(A8~A15)

30

10~17 P3.0~P3.7

Port3：埠 2 是具有內部提升電路的雙向 I/O 埠。

此外，埠 3 的每支接腳都還有另一項的特殊功能，如下：

腳位 接腳名稱 接腳功能

10 P3.0 RXD：串列輸入

11 P3.1 RXD：串列輸出

12 P3.2 /INT0：外部中斷輸入

13 P3.3 /INT1：外部中斷輸入

14 P3.4 T0：計時器 0 外部輸入

15 P3.5 T1：計時器 1 外部輸入

16 P3.6 /WR：外部資料記憶體寫入激發信號

17 P3.7 /RD：外部資料記憶體讀取激發信號

9 RST

重置信號輸入端。在震盪器工作時

將此腳保持在"Hi"兩個機械週期，可將 CPU 重置

29 /PSEN

程式激發致能，可輸出外部程式記憶體的讀取信號。每個機

械週期動作兩次，再讀取內部程式記憶體時，/PSEN 不動作，

在存取外部資料記憶體時，/PSEN 會跳過兩個脈波才動作

31

31 /EA

外部存取致能。當/EA 腳為"Lo"時，CPU 讀取外部程式記憶

體。當/EA 腳為"Hi"時，讀取內部的程式記憶體

18

19

XTAL1

XTAL2

反相震盪放大器的輸出端

反相震盪放大器的輸入端

參考資料: http://mail.savs.hcc.edu.tw/~anita/8051/pin.htm

8051 提供了 5 種中斷來源，計時器 0(TF0)、計時器 1(TF1)、串

列埠中斷(RI 或 TI)屬內部中斷，INT0 和 INT1 屬外部中斷，8051 的

中斷可藉由特殊功能暫存器中的計時/計數控制暫存器(TCON)、中斷

致能暫存器(IE)、中斷優先次年控制暫存器(IP)、等暫存器來規劃其

動作模式。

中斷致能暫存器 IE

bit

7 6 5 4 3 2 1 0

EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0

ALL Timer2 UART Timer1 INT1 Timer0 INT0

IE=0x8a

IE=10001010

EA=1(系統可以接受中斷)，ET1=1，ET0=1

計時/計數控制暫存器 TMOD

http://mail.savs.hcc.edu.tw/~anita/8051/pin.htm

32

bit

7 6 5 4 3 2 1 0

GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0

Timer1 Timer0

GATE=1，Timer0﹐Timer1 必須在 INT0 或 INT1 是高電位時

才會動作

C/T=1，計時脈波由外部接腳 T0 或 T1 輸入

M1 M0 Mode Describe

0 0 0 13 位元計時/計數器

0 1 1 16 位元計時/計數器

1 0 2 8 位元計時/計數器，可自動重新載入計數值

1 1 3 2 組獨立 8 位元計時器

T/C Mode 0

13 位元計數器

THx 的 8 位元與 TLx 的 5 位元

計數範圍 0~8191

8192 就會溢位，產生中斷

33

T/C Mode 1

16 位元計數器

THx 的 8 位元與 TLx 的 8 位元

計數範圍 0~65535

65536 就會溢位，產生中斷

T/C Mode 2

8 位元計數器

TLx 的 8 位元

計數範圍 0~255

256 就會溢位，產生中斷

THx 的 8 位元位值會自動載入 TLx

T/C Mode 3

兩組獨立的 8 位元計數器

第一組計時/計數器 TL0

TR0=1，TL0 開始計數。

TL0 =256，TF0=1

Timer0 中斷

第二組計時/計數器 TH0

TR1=1，TH0 開始計數。

34

TH0 =256，TF1=1

Timer1 中斷

計時/計數器暫存器 THx, TLx

AT89S5X

2 個 16 位元的計時計數器 Timer0, Timer1 (max=65536)

Timer0

TL0, TH0

Timer1

TL1, TH1

ㄧ個「機械週期」計數ㄧ次

例 12MHz 石英震盪器

ㄧ個機械週期為 12 個石英晶體振盪週期

1 秒有 1000000 個機械週期，1μs 計數ㄧ次

設定 Timer0 每 5ms 中斷一次

(65536-5000) 轉成 16 進位=0xEC78

TH0=(65536-5000)/256； TH0=0xEC;

TL0=(65536-5000)%256; TL0=0x78;

35

計時/計數器動作控制暫存器 TCON

bit

7 6 5 4 3 2 1 0

TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

Timer1

溢位

Timer1

開始計

數

Timer0

溢位

Timer0

開始計

數

INT1

中斷

旗標

INT1

負準位 0/負

緣觸發 1

INT0

中斷

旗標

INT0

負準位 0/負

緣觸發 1

中斷優先次序暫存器 IP

bit

7 6 5 4 3 2 1 0

─ ─ PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0

Timer2 UART Timer1 INT1 Timer0 INT0

36

89S5X 中斷向量

中斷向量表定義於 reg51.h

# define IE0_VECTOR 0

# define TF0_VECTOR 1

# define IE1_VECTOR 2

# define TF1_VECTOR 3

# define SIO_VECTOR 4

中斷函式宣告格式

void 函式名(void) interrupt TF0_VECTOR

void 函式名(void) interrupt 1

37

附錄六 7407邏輯閘 IC介紹

7407 IC 包含六個獨立的正邏輯非反象緩衝器。接腳 14 和 7 分別

為正電與地為所有六個邏輯門的力量。

7407 IC 邏輯圖

電源電壓……………………………………………… 7V

輸入電壓……………………………………………… 5.5V

輸出截止電壓………………………………………… 30V

7407 工作環境溫度…………………………………… 0~70 度 C

非反相緩衝器進行任何邏輯操作。如果輸入是高輸出也是高，如

果輸入的是低輸出也是低。雖然沒有邏輯發生變化，7407 可以轉變

成一個高電壓（30 伏）30 毫安信號正常的 TTL 信號。這使得一個

TTL 器件的高級別設備的接口。下圖是輸入接腳內的 7407 IC 的內部

38

結構示意圖。

7407 IC 的內部結構示意圖。

7407 功能表:

Y = A

Input Output

A Y

L

H

L

H

39

附錄七 Morse code Table 1 & 2 & 3

TABLE 2 – MOUSE MODE

No. Code Mouse Action

1 * Stop

2 - Accelerate

3 * move right

4 - move left

5 ** move up

6 -- move down

7 -* click left

8 *- click right

9 --* dbl click left

10 **- hold click left

11 --- move clkhld left

12 *** move clkhld right

13 **-- move up left

14 **** move up right

15 ---- move down left

16 --** move down right