基于一个多路计时系统的设计方案
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摘要：本文介绍了一个多路计时系统的设计方案，给出硬件电路，重点阐述了高精密计时系统的设计方法。并说明了系统采用可*编程芯片的设计技术。
1.前言
各种微机接口电路应用中，需要精密计时器，特别是多路精密计时器，可广泛应用于仪器仪表中。例如：目前国内各级学校在体育教学及举行跑步比赛时，计时采用手动按秒表的方式进行，这不可避免地出现计时不准以及出现错误的结果的情况。精密多路计时器则可用于这种系统中。
2.硬件系统方案
在多路计时器用于跑步计时时，需要一个起动计时信号，由发令枪产生；八个计时停止信号由运动员到达终点产生。
2.1 硬件系统框图
图一为硬件系统框图。
图1中系统由个人计算机加硬件接口构成，因此整个系统的设计为硬件接口与软件系统设计。当得到启动信号后，8个计时器开始工作，显示器实时显示8 路计时器值。S1～S8代表8路结束信号。
2.2 核心电路方案
核心电路采用8253计数定时芯片技术。图2为示意图。
图2 给出了八路计时器中一路的原理电路，每路采用8253芯片中的两个计数器。 图中D触发器用于计数器的启停。当gate为高电平计时器计时，当gate为低电平计时器停止计时。
3.系统计时工作分析
以该系统用于短跑计时分析，系统可用于100米、200米和400米三种情况。下面主要以用于100米情况进行分析。
3.1 计时器工作方式的选定
计时精度取1/200秒，设完成100米跑步计时间最长为30秒，此时计时器1采用工作方式2，BCD码计数，系统时针信号取1MHZ，计数值取5000，因此其输出信号为200HZ，其确定了计时精度为1/200秒。
计时器2采用工作方式2，BCD码计数，计数值取6000。
同样的分析，当为200米计时时，设完成200米跑步计时间为60秒，计时器1采用工作方式2，BCD码计数，系统时针信号取1MHZ，计数值取5000，计时器2采用工作方式2，进制计数，计数值取12000。
当为400米计时时，设完成400米跑步计时间为120秒，计时器1采用工作方式2，BCD码计数，系统时针信号取1MHZ，计数值取5000，计时器2采用工作方式2，进制计数，计数值取24000。
3.2 时间的计算
工作中计算时间时，主要读取计时器2 的值，以用于100米情况进行分析，设读取值为X，则计时时间T为：
3.3 基于PCI的接口设计
利用PCI9052设计PCI总线的接口电路非常简便 ,在使用PCI9052开发板时可采用两种方案验证：(1)利用开发板的ISA总线接口，设计在我们早已熟悉的ISA总线上进行；(2)在开发板的预留区引用PC9052提供的总线进行设计。图3是我们设计的采用PCI总线的多路定时器。
PCI总线上的主机CPU可通过PCI9052直接读取I/O状态与数据。
4．软件设计
程序设计分为主程序与子程序两部分。主程序用于系统硬件的初始化，显示多路计时状态。子程序用于读取计时器的值，并送出显示，框图见下：
5.系统的实现
5.1 用于跑步计时输入电路的设计
在多路定时系统用于跑步计时，存在跑步终止信号正确识别问题。我们在每个跑道的终点处，上下设置5路红外线检测装置，为了确保无能运动员胸部以上部位到达终点为有效到达，因此要求5路信号中，有两路以上信号有效时才产生跑步终止信号。
5.2 用可编程芯片实现接口电路
用FPGA(Field Programmable Gate Array )芯片实现上述电路具有可靠性高，电路简单的特点。在实现跑步计时系统的输入电路时，每一跑道至少具有5个信号，8个跑道共有40个以上的输入信号，因此采用可编程芯片可大大减少芯片的数量。而核心计时电路采用3片8253芯片，为减少芯片数量，我们采用可编程芯片实现。
图5为计时器部分信号仿真结果，其中NX1为时钟信号，TLA、THA为计时器的低6位及高8位，RAMDI为定时器初值。
6. 结论
用可编程芯片加PCI接口芯片设计多路精密定时系统，在实际工作中具有广泛的实际意义。用于跑步计时器中，尚需考虑启动信号与结束信号问题，特别是结束信号处理问题。
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