Приборы и техника эксперимента, 2021, № 2, стр. 153-154

УСТРОЙСТВО ВВОДА ОТВЕТОВ ДЛЯ ПСИХОФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В. О. Молодцов, В. Ю. Смирнов, С. Д. Солнушкин, В. Н. Чихман

Поступила в редакцию 13.10.2020
После доработки 28.10.2020
Принята к публикации 03.11.2020

Полный текст (PDF)

Устройство MD74 предназначено для ввода ответов наблюдателей на предъявляемый зрительный стимул при проведении психофизических экспериментов. Устройство содержит четыре эргономичные кнопки и подключается к компьютеру по USB-интерфейсу.

Психофизические зрительные эксперименты предполагают ввод в компьютер ответов наблюдателя на предъявляемый на дисплее стимул. В ряде случаев желательно обеспечить максимальную концентрацию внимания наблюдателя на стимуле и наиболее точное измерение времени реакции.

Часто в психофизических экспериментах для ввода ответов используют стандартную клавиатуру. При этом некоторые наблюдатели время от времени переводят взгляд с экрана на клавиатуру для контроля выбора нужной клавиши. Трата времени на поиск нужной клавиши недопустима. Использование клавиатуры обеспечивает разрешение по времени в случае USB в пределах 10–12 мс, а в случае PS2 – в пределах 20–35 мс. Известные кнопочные пульты, ориентированные на психофизические зрительные эксперименты, производятся за рубежом и характеризуются высокой стоимостью (RB-540, Cedrus, USA; CT-6, CRS Ltd, GB).

Для обеспечения эффективного (экономичного и эргономичного) ввода ответов наблюдателей в психофизических зрительных экспериментах разработано устройство MD74 с передачей данных в компьютер по USB-интерфейсу. На рис. 1 представлены внешний вид устройства и его принципиальная схема. Пульт MD74 содержит четыре высококачественные кнопки ∅25 мм, расположенные в форме перекрестия и установленные на прочной металлической коробке размером 140 × 130 мм. Расстояние между центрами кнопок 95 и 85 мм. Пульт с малым числом кнопок упрощает формирование инструкций для наблюдателя. Пульт может использоваться для различных процедур в психофизических экспериментах, включая простой принудительный выбор или пошаговое изменение параметров стимула для нахождения пороговых значений.

Рис. 1.

Внешний вид (а) и принципиальная схема устройства MD74 (б).

При взаимодействии с компьютером MD74 представляет собой USB Custom HID устройство, обмен данными с которым осуществляется путем отправки и получения отчетов (HID Reports) в режиме запрос-ответ. Устройство не требует специального драйвера, так как HID-класс является для операционной системы стандартным классом USB-устройств.

Отличительной особенностью MD74 является его реализация на базе микроконтроллера STM32F042F4 (STM, Switzerland), обеспечивающего передачу состояния кнопок в компьютер в соответствии с протоколом интерфейса USB. Данный микроконтроллер имеет встроенный RC-генератор на 48 МГц, подстраиваемый от сигнала SOF (Start оf Frame), посылаемого компьютером при связи по USB Full speed в начале каждого фрейма, следующего с частотой 1 кГц. Это позволяет не устанавливать внешний кварцевый резонатор и минимизировать ошибку частоты, уравнивая частоту микроконтроллера с частотой компьютера, что повышает точность измерения времени реакции.

Микрокод для функционирования микроконтроллера D1 (STM32F042F4) разработан на языке С++ в среде IAR Embedded Workbench for ARM (IAR, Sweden) с использованием библиотеки USB, созданной фирмой STM. Стабилизатор напряжения A1 (ADP3330ARTZ, Analog Devices) служит для получения напряжения питания 3.3 В для микроконтроллера, программируемого через технологический разъем Х3. После открытия устройства с VID = 0483h, PID = 5750h и Product string “MD74” можно посылать HID-запросы с частотой до 1 кГц, что обеспечивает высокое разрешение для измерения времени реакции. После отправки запроса устройство вернет ответ с ID = 1 в первом байте и с состоянием кнопок во втором. Байт состояния кнопок представляет собой битовую маску, где младшие 4 бита соответствуют состоянию кнопок: 0 – кнопка отпущена, 1 – кнопка нажата. С учетом реализованного в микроконтроллере программного устранения дребезга контактов время срабатывания кнопки равно 2 мс.

Программы психофизических экспериментов с данным устройством, написанные в среде Borland Delphi 7, используют библиотеку компонентов JEDI VCL с компонентом TJvHidDeviceController, реализующим доступ к HID совместимым USB-устройствам.

Адрес для справок: 188680, Россия, Ленинградская обл., село Павлово, Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН. Е-mail: V_C_pavlinst@mail.ru

Дополнительные материалы отсутствуют.