摘要：本文介紹了一個多路計時系統(tǒng)的設(shè)計方案，給出硬件電路，重點闡述了高精密計時系統(tǒng)的設(shè)計方法。并說明了系統(tǒng)采用可*編程芯片的設(shè)計技術(shù)。
1.前言
各種微機接口電路應(yīng)用中，需要精密計時器，特別是多路精密計時器，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表中。例如：目前國內(nèi)各級學(xué)校在體育教學(xué)及舉行跑步比賽時，計時采用手動按秒表的方式進行，這不可避免地出現(xiàn)計時不準以及出現(xiàn)錯誤的結(jié)果的情況。精密多路計時器則可用于這種系統(tǒng)中。
2.硬件系統(tǒng)方案
在多路計時器用于跑步計時時，需要一個起動計時信號，由發(fā)令槍產(chǎn)生；八個計時停止信號由運動員到達終點產(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)由個人計算機加硬件接口構(gòu)成，因此整個系統(tǒng)的設(shè)計為硬件接口與軟件系統(tǒng)設(shè)計。當?shù)玫絾有盘柡螅?個計時器開始工作，顯示器實時顯示8 路計時器值。S1～S8代表8路結(jié)束信號。
2.2 核心電路方案
核心電路采用8253計數(shù)定時芯片技術(shù)。圖2為示意圖。
圖2 給出了八路計時器中一路的原理電路，每路采用8253芯片中的兩個計數(shù)器。 圖中D觸發(fā)器用于計數(shù)器的啟停。當gate為高電平計時器計時，當gate為低電平計時器停止計時。
3.系統(tǒng)計時工作分析
以該系統(tǒng)用于短跑計時分析，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米情況進行分析。
3.1 計時器工作方式的選定
計時精度取1/200秒，設(shè)完成100米跑步計時間最長為30秒，此時計時器1采用工作方式2，BCD碼計數(shù)，系統(tǒng)時針信號取1MHZ，計數(shù)值取5000，因此其輸出信號為200HZ，其確定了計時精度為1/200秒。
計時器2采用工作方式2，BCD碼計數(shù)，計數(shù)值取6000。
同樣的分析，當為200米計時時，設(shè)完成200米跑步計時間為60秒，計時器1采用工作方式2，BCD碼計數(shù)，系統(tǒng)時針信號取1MHZ，計數(shù)值取5000，計時器2采用工作方式2，進制計數(shù)，計數(shù)值取12000。
當為400米計時時，設(shè)完成400米跑步計時間為120秒，計時器1采用工作方式2，BCD碼計數(shù)，系統(tǒng)時針信號取1MHZ，計數(shù)值取5000，計時器2采用工作方式2，進制計數(shù)，計數(shù)值取24000。
3.2 時間的計算
工作中計算時間時，主要讀取計時器2 的值，以用于100米情況進行分析，設(shè)讀取值為X，則計時時間T為：
3.3 基于PCI的接口設(shè)計
利用PCI9052設(shè)計PCI總線的接口電路非常簡便 ,在使用PCI9052開發(fā)板時可采用兩種方案驗證：(1)利用開發(fā)板的ISA總線接口，設(shè)計在我們早已熟悉的ISA總線上進行；(2)在開發(fā)板的預(yù)留區(qū)引用PC9052提供的總線進行設(shè)計。圖3是我們設(shè)計的采用PCI總線的多路定時器。
PCI總線上的主機CPU可通過PCI9052直接讀取I/O狀態(tài)與數(shù)據(jù)。
4．軟件設(shè)計
程序設(shè)計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，顯示多路計時狀態(tài)。子程序用于讀取計時器的值，并送出顯示，框圖見下：
5.系統(tǒng)的實現(xiàn)
5.1 用于跑步計時輸入電路的設(shè)計
在多路定時系統(tǒng)用于跑步計時，存在跑步終止信號正確識別問題。我們在每個跑道的終點處，上下設(shè)置5路紅外線檢測裝置，為了確保無能運動員胸部以上部位到達終點為有效到達，因此要求5路信號中，有兩路以上信號有效時才產(chǎn)生跑步終止信號。
5.2 用可編程芯片實現(xiàn)接口電路
用FPGA(Field Programmable Gate Array )芯片實現(xiàn)上述電路具有可靠性高，電路簡單的特點。在實現(xiàn)跑步計時系統(tǒng)的輸入電路時，每一跑道至少具有5個信號，8個跑道共有40個以上的輸入信號，因此采用可編程芯片可大大減少芯片的數(shù)量。而核心計時電路采用3片8253芯片，為減少芯片數(shù)量，我們采用可編程芯片實現(xiàn)。
圖5為計時器部分信號仿真結(jié)果，其中NX1為時鐘信號，TLA、THA為計時器的低6位及高8位，RAMDI為定時器初值。
6. 結(jié)論
用可編程芯片加PCI接口芯片設(shè)計多路精密定時系統(tǒng)，在實際工作中具有廣泛的實際意義。用于跑步計時器中，尚需考慮啟動信號與結(jié)束信號問題，特別是結(jié)束信號處理問題。
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