基于MSP430的新型长跑计圈计时系统

O 引 言
在日常的体能测试中，对个体长跑的计时成绩是体现该个体体能素质的重要数据，传统上，长跑测试工作主要依靠人工计圈计时，费时费力，而且统计数据很容易受到主观因素干扰，进而影响到测试或比赛的公平性和有效性。因此，传统的人工计时计圈的数据统计方式已不适合在正式的测试中使用。应用本系统，能实现自动统计大量人群的长跑成绩，省人省力。被测试者随身携带一部自动计圈计时的装置，从起跑时开始计时，到达终点时停止计时，从而实现了自动计时、减少测试人员的目的。
本系统由两部主机和多个从机(1～150部)组成，主机负责发送圈数与起跑指令，从机接收主机的命令并实现自动计时计圈的功能。整个系统主要处理核心为MSP430，该微控制器是TI公司推出的一系列16位超低功耗单片机，具有16位RISC结构，125μs指令周期以及12位200 Kb/s的A/D转换器。其系列中的MSP430FE425作为本系统从机的核心，它提供段式液晶驱动、硬件串行接口，大大降低了系统从机的开发难度；该系列中的MSP430F149因具有硬件串行接口、丰富的I/O接口故作为本系统主机的核心。整个系统功耗小、结构紧凑、成本合理，具有较大的市场推广价值。

1 系统概述
新型的长跑计时计数系统由主机和从机两部分组成。主机实现发送测试者要跑的圈数、起跑指令、路过指令，从机实现接收圈数、实时显示计时结果和圈数、跑完设定圈数后停止计时的功能。在实际应用时，主机一放置在跑道起点处，主机二放置在跑道终点处，放置地点如图1所示。

在测试前，测试者须佩戴该系统的从机装置。当测试者到达跑道起点时打开系统从机开关，主机一向所有从机发送计数圈数(该数值以0.5为最小单位)，从机收到圈数并显示在液晶屏上。起跑时，主机向所有从机发送计时指令，从机收到该指令后开始计时；此后，只有测试者交替经过主机一、二时，每经过主机一次，圈数会相应减O.5圈。当圈数减为零时，计时停止，此时液晶屏上将显示测试者的测试时间(即跑过上述圈数所用的时间)。系统整体工作流程如图2所示。

2 系统的硬件结构
该系统的主、从机都采用MSP430单片机作为主处理器。虽然该系列单片机推出时间不是很长，但由于其卓越的性能，在上市的几年时间里应用极为广泛，已经成为51系列单片机的升级替代品，其以下几个特点颇受学术界好评。
超低功耗 MSP430系列单片机的电源电压在1.8～3.3 V之间，RAM数据保持方式下电流仅O.1μA，活动状态下耗电250μA/MIPS(MIPS：每百万条指令数)，I/O口的输入端口的漏电流最大不超过50 nA。处理能力强大 MSP430单片机采用了精简指令集(RTIS)结构，一个时钟周期可以执行一条指令，使MSP430在8MHz晶振工作时，指令速度可达8 MIPS。丰富的片上外设模块 MSP430单片机集成了丰富的片内外设，不同型号的单片机集成不同的外设，基本组合有以下功能模块：看门狗电路(WDT)、定时器A(timer_A)、定时器B、基本定时器、串口电路、硬件乘法器、10位模/数转换电路(12/14 b ADC)和10位数/模转换电路(12/14 b DAC)等。
在该系统中，主机采用MSP430F149，从机采用MSP430FE425。系统主机的硬件框图如图3所示。

主机采用3.7 V锂离子充电电池供电，经稳压电路稳压至3.3 V给MSP430F149单片机供电，经升压电路升压至5 V后给无线发射模块和点阵液晶供电；点阵液晶采用国产TOPWAY3033液晶，显示分辨率为128×64，该液晶自带汉字字库，其8根数据线与单片机P2口相连，3根控制线分别与P3.0～P3.2口连接；8键键盘与单片机的P1口连接，完成数据、指令的输入功能，无线模块与单片机的硬件串口电路连接，实现信息由串口传送给从机的单片机。主机二处为了减少成本，去掉了液晶屏和键盘，以指示灯代替，当指示灯闪烁时表示主机二工作正常，当指示灯灭时，表示主机二工作异常或不工作。
系统从机的硬件框图如图4所示。从机采用3.7 V锂离子充电电池供电，经稳压电路稳压至3.3 V给MSP430FE425单片机和无线接收模块供电，显示模块采用7位段式液晶，完全满足数据显示需要，无线模块与430单片机的硬件串口电路相连，实现将接收的数据传送至单片机。系统从机体积小、重量轻，适合测试者随身携带。

3 系统软件设计
本系统的软件采用C语言编写，C语言兼顾了一般高级语言和汇编语言的特点，不仅有良好的程序可读性，又支持对待开发处理器的硬件操作。
本系统的软件采用模块化方式设计，以利于以后的系统维护和升级。软件主要包括液晶驱动模块、串口驱动模块、通信模块和主程序，主、从机软件流程如图5所示。

主机初始化后，在液晶屏上提示输入计时