基于MSP430的新型長跑計圈計時系統(tǒng)
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在日常的體能測試中，對個體長跑的計時成績是體現(xiàn)該個體體能素質(zhì)的重要數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)上，長跑測試工作主要依靠人工計圈計時，費時費力，而且統(tǒng)計數(shù)據(jù)很容易受到主觀因素干擾，進而影響到測試或比賽的公平性和有效性。因此，傳統(tǒng)的人工計時計圈的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式已不適合在正式的測試中使用。應用本系統(tǒng)，能實現(xiàn)自動統(tǒng)計大量人群的長跑成績，省人省力。被測試者隨身攜帶一部自動計圈計時的裝置，從起跑時開始計時，到達終點時停止計時，從而實現(xiàn)了自動計時、減少測試人員的目的。
本系統(tǒng)由兩部主機和多個從機(1～150部)組成，主機負責發(fā)送圈數(shù)與起跑指令，從機接收主機的命令并實現(xiàn)自動計時計圈的功能。整個系統(tǒng)主要處理核心為MSP430，該微控制器是TI公司推出的一系列16位超低功耗單片機，具有16位RISC結構，125μs指令周期以及12位200 Kb/s的A/D轉換器。其系列中的MSP430FE425作為本系統(tǒng)從機的核心，它提供段式液晶驅動、硬件串行接口，大大降低了系統(tǒng)從機的開發(fā)難度；該系列中的MSP430F149因具有硬件串行接口、豐富的I/O接口故作為本系統(tǒng)主機的核心。整個系統(tǒng)功耗小、結構緊湊、成本合理，具有較大的市場推廣價值。
1 系統(tǒng)概述
新型的長跑計時計數(shù)系統(tǒng)由主機和從機兩部分組成。主機實現(xiàn)發(fā)送測試者要跑的圈數(shù)、起跑指令、路過指令，從機實現(xiàn)接收圈數(shù)、實時顯示計時結果和圈數(shù)、跑完設定圈數(shù)后停止計時的功能。在實際應用時，主機一放置在跑道起點處，主機二放置在跑道終點處，放置地點如圖1所示。
在測試前，測試者須佩戴該系統(tǒng)的從機裝置。當測試者到達跑道起點時打開系統(tǒng)從機開關，主機一向所有從機發(fā)送計數(shù)圈數(shù)(該數(shù)值以0.5為最小單位)，從機收到圈數(shù)并顯示在液晶屏上。起跑時，主機向所有從機發(fā)送計時指令，從機收到該指令后開始計時；此后，只有測試者交替經(jīng)過主機一、二時，每經(jīng)過主機一次，圈數(shù)會相應減O.5圈。當圈數(shù)減為零時，計時停止，此時液晶屏上將顯示測試者的測試時間(即跑過上述圈數(shù)所用的時間)。系統(tǒng)整體工作流程如圖2所示。
2 系統(tǒng)的硬件結構
該系統(tǒng)的主、從機都采用MSP430單片機作為主處理器。雖然該系列單片機推出時間不是很長，但由于其卓越的性能，在上市的幾年時間里應用極為廣泛，已經(jīng)成為51系列單片機的升級替代品，其以下幾個特點頗受學術界好評。
超低功耗 MSP430系列單片機的電源電壓在1.8～3.3 V之間，RAM數(shù)據(jù)保持方式下電流僅O.1μA，活動狀態(tài)下耗電250μA/MIPS(MIPS：每百萬條指令數(shù))，I/O口的輸入端口的漏電流最大不超過50 nA。處理能力強大 MSP430單片機采用了精簡指令集(RTIS)結構，一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令，使MSP430在8MHz晶振工作時，指令速度可達8 MIPS。豐富的片上外設模塊 MSP430單片機集成了豐富的片內(nèi)外設，不同型號的單片機集成不同的外設，基本組合有以下功能模塊：看門狗電路(WDT)、定時器A(timer_A)、定時器B、基本定時器、串口電路、硬件乘法器、10位模/數(shù)轉換電路(12/14 b ADC)和10位數(shù)/模轉換電路(12/14 b DAC)等。
在該系統(tǒng)中，主機采用MSP430F149，從機采用MSP430FE425。系統(tǒng)主機的硬件框圖如圖3所示。
主機采用3.7 V鋰離子充電電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至3.3 V給MSP430F149單片機供電，經(jīng)升壓電路升壓至5 V后給無線發(fā)射模塊和點陣液晶供電；點陣液晶采用國產(chǎn)TOPWAY3033液晶，顯示分辨率為128×64，該液晶自帶漢字字庫，其8根數(shù)據(jù)線與單片機P2口相連，3根控制線分別與P3.0～P3.2口連接；8鍵鍵盤與單片機的P1口連接，完成數(shù)據(jù)、指令的輸入功能，無線模塊與單片機的硬件串口電路連接，實現(xiàn)信息由串口傳送給從機的單片機。主機二處為了減少成本，去掉了液晶屏和鍵盤，以指示燈代替，當指示燈閃爍時表示主機二工作正常，當指示燈滅時，表示主機二工作異?；虿还ぷ?。
系統(tǒng)從機的硬件框圖如圖4所示。從機采用3.7 V鋰離子充電電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至3.3 V給MSP430FE425單片機和無線接收模塊供電，顯示模塊采用7位段式液晶，完全滿足數(shù)據(jù)顯示需要，無線模塊與430單片機的硬件串口電路相連，實現(xiàn)將接收的數(shù)據(jù)傳送至單片機。系統(tǒng)從機體積小、重量輕，適合測試者隨身攜帶。
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