摘要：本文介紹了一個(gè)多路計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，給出硬件電路，重點(diǎn)闡述了高精密計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。并說(shuō)明了系統(tǒng)采用可*編程芯片的設(shè)計(jì)技術(shù)。

　1.前言

　　各種微機(jī)接口電路應(yīng)用中，需要精密計(jì)時(shí)器，特別是多路精密計(jì)時(shí)器，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表中。例如：目前國(guó)內(nèi)各級(jí)學(xué)校在體育教學(xué)及舉行跑步比賽時(shí)，計(jì)時(shí)采用手動(dòng)按秒表的方式進(jìn)行，這不可避免地出現(xiàn)計(jì)時(shí)不準(zhǔn)以及出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果的情況。精密多路計(jì)時(shí)器則可用于這種系統(tǒng)中。

　　2.硬件系統(tǒng)方案

　　在多路計(jì)時(shí)器用于跑步計(jì)時(shí)時(shí)，需要一個(gè)起動(dòng)計(jì)時(shí)信號(hào)，由發(fā)令槍產(chǎn)生；八個(gè)計(jì)時(shí)停止信號(hào)由運(yùn)動(dòng)員到達(dá)終點(diǎn)產(chǎn)生。

　　2.1 硬件系統(tǒng)框圖

　　圖一為硬件系統(tǒng)框圖。

　　圖1中系統(tǒng)由個(gè)人計(jì)算機(jī)加硬件接口構(gòu)成，因此整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為硬件接口與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)玫絾?dòng)信號(hào)后，8個(gè)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，顯示器實(shí)時(shí)顯示8 路計(jì)時(shí)器值。S1～S8代表8路結(jié)束信號(hào)。

　　2.2 核心電路方案

　　核心電路采用8253計(jì)數(shù)定時(shí)芯片技術(shù)。圖2為示意圖。

　　圖2 給出了八路計(jì)時(shí)器中一路的原理電路，每路采用8253芯片中的兩個(gè)計(jì)數(shù)器。 圖中D觸發(fā)器用于計(jì)數(shù)器的啟停。當(dāng)gate為高電平計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)gate為低電平計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

　　3.系統(tǒng)計(jì)時(shí)工作分析

　　以該系統(tǒng)用于短跑計(jì)時(shí)分析，系統(tǒng)可用于100米、200米和400米三種情況。下面主要以用于100米情況進(jìn)行分析。

　　3.1 計(jì)時(shí)器工作方式的選定

　　計(jì)時(shí)精度取1/200秒，設(shè)完成100米跑步計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)為30秒，此時(shí)計(jì)時(shí)器1采用工作方式2，BCD碼計(jì)數(shù)，系統(tǒng)時(shí)針信號(hào)取1MHZ，計(jì)數(shù)值取5000，因此其輸出信號(hào)為200HZ，其確定了計(jì)時(shí)精度為1/200秒。

　　計(jì)時(shí)器2采用工作方式2，BCD碼計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值取6000。

　　同樣的分析，當(dāng)為200米計(jì)時(shí)時(shí)，設(shè)完成200米跑步計(jì)時(shí)間為60秒，計(jì)時(shí)器1采用工作方式2，BCD碼計(jì)數(shù)，系統(tǒng)時(shí)針信號(hào)取1MHZ，計(jì)數(shù)值取5000，計(jì)時(shí)器2采用工作方式2，進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值取12000。

　　當(dāng)為400米計(jì)時(shí)時(shí)，設(shè)完成400米跑步計(jì)時(shí)間為120秒，計(jì)時(shí)器1采用工作方式2，BCD碼計(jì)數(shù)，系統(tǒng)時(shí)針信號(hào)取1MHZ，計(jì)數(shù)值取5000，計(jì)時(shí)器2采用工作方式2，進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值取24000。

　　3.2 時(shí)間的計(jì)算

　　工作中計(jì)算時(shí)間時(shí)，主要讀取計(jì)時(shí)器2 的值，以用于100米情況進(jìn)行分析，設(shè)讀取值為X，則計(jì)時(shí)時(shí)間T為：

　　3.3 基于PCI的接口設(shè)計(jì)

　　利用PCI9052設(shè)計(jì)PCI總線的接口電路非常簡(jiǎn)便 ,在使用PCI9052開(kāi)發(fā)板時(shí)可采用兩種方案驗(yàn)證：(1)利用開(kāi)發(fā)板的ISA總線接口，設(shè)計(jì)在我們?cè)缫咽煜さ腎SA總線上進(jìn)行；(2)在開(kāi)發(fā)板的預(yù)留區(qū)引用PC9052提供的總線進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3是我們?cè)O(shè)計(jì)的采用PCI總線的多路定時(shí)器。

　　PCI總線上的主機(jī)CPU可通過(guò)PCI9052直接讀取I/O狀態(tài)與數(shù)據(jù)。

　　4．軟件設(shè)計(jì)

　　程序設(shè)計(jì)分為主程序與子程序兩部分。主程序用于系統(tǒng)硬件的初始化，顯示多路計(jì)時(shí)狀態(tài)。子程序用于讀取計(jì)時(shí)器的值，并送出顯示，框圖見(jiàn)下：

　　5.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　5.1 用于跑步計(jì)時(shí)輸入電路的設(shè)計(jì)

　　在多路定時(shí)系統(tǒng)用于跑步計(jì)時(shí)，存在跑步終止信號(hào)正確識(shí)別問(wèn)題。我們?cè)诿總€(gè)跑道的終點(diǎn)處，上下設(shè)置5路紅外線檢測(cè)裝置，為了確保無(wú)能運(yùn)動(dòng)員胸部以上部位到達(dá)終點(diǎn)為有效到達(dá)，因此要求5路信號(hào)中，有兩路以上信號(hào)有效時(shí)才產(chǎn)生跑步終止信號(hào)。

　　5.2 用可編程芯片實(shí)現(xiàn)接口電路

　　用FPGA(Field Programmable Gate Array )芯片實(shí)現(xiàn)上述電路具有可靠性高，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)跑步計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸入電路時(shí)，每一跑道至少具有5個(gè)信號(hào)，8個(gè)跑道共有40個(gè)以上的輸入信號(hào)，因此采用可編程芯片可大大減少芯片的數(shù)量。而核心計(jì)時(shí)電路采用3片8253芯片，為減少芯片數(shù)量，我們采用可編程芯片實(shí)現(xiàn)。

　　圖5為計(jì)時(shí)器部分信號(hào)仿真結(jié)果，其中NX1為時(shí)鐘信號(hào)，TLA、THA為計(jì)時(shí)器的低6位及高8位，RAMDI為定時(shí)器初值。

　　6. 結(jié)論

　　用可編程芯片加PCI接口芯片設(shè)計(jì)多路精密定時(shí)系統(tǒng)，在實(shí)際工作中具有廣泛的實(shí)際意義。用于跑步計(jì)時(shí)器中，尚需考慮啟動(dòng)信號(hào)與結(jié)束信號(hào)問(wèn)題，特別是結(jié)束信號(hào)處理問(wèn)題。