O 引 言
    在日常的體能測(cè)試中，對(duì)個(gè)體長(zhǎng)跑的計(jì)時(shí)成績(jī)是體現(xiàn)該個(gè)體體能素質(zhì)的重要數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)上，長(zhǎng)跑測(cè)試工作主要依靠人工計(jì)圈計(jì)時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)很容易受到主觀因素干擾，進(jìn)而影響到測(cè)試或比賽的公平性和有效性。因此，傳統(tǒng)的人工計(jì)時(shí)計(jì)圈的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式已不適合在正式的測(cè)試中使用。應(yīng)用本系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)大量人群的長(zhǎng)跑成績(jī)，省人省力。被測(cè)試者隨身攜帶一部自動(dòng)計(jì)圈計(jì)時(shí)的裝置，從起跑時(shí)開始計(jì)時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)停止計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)時(shí)、減少測(cè)試人員的目的。
    本系統(tǒng)由兩部主機(jī)和多個(gè)從機(jī)(1～150部)組成，主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)送圈數(shù)與起跑指令，從機(jī)接收主機(jī)的命令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)計(jì)圈的功能。整個(gè)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(jī)，具有16位RISC結(jié)構(gòu)，125μs指令周期以及12位200 Kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器。其系列中的MSP430FE425作為本系統(tǒng)從機(jī)的核心，它提供段式液晶驅(qū)動(dòng)、硬件串行接口，大大降低了系統(tǒng)從機(jī)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(jī)的核心。整個(gè)系統(tǒng)功耗小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本合理，具有較大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

1 系統(tǒng)概述
    新型的長(zhǎng)跑計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)兩部分組成。主機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)送測(cè)試者要跑的圈數(shù)、起跑指令、路過指令，從機(jī)實(shí)現(xiàn)接收圈數(shù)、實(shí)時(shí)顯示計(jì)時(shí)結(jié)果和圈數(shù)、跑完設(shè)定圈數(shù)后停止計(jì)時(shí)的功能。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主機(jī)一放置在跑道起點(diǎn)處，主機(jī)二放置在跑道終點(diǎn)處，放置地點(diǎn)如圖1所示。

    在測(cè)試前，測(cè)試者須佩戴該系統(tǒng)的從機(jī)裝置。當(dāng)測(cè)試者到達(dá)跑道起點(diǎn)時(shí)打開系統(tǒng)從機(jī)開關(guān)，主機(jī)一向所有從機(jī)發(fā)送計(jì)數(shù)圈數(shù)(該數(shù)值以0.5為最小單位)，從機(jī)收到圈數(shù)并顯示在液晶屏上。起跑時(shí)，主機(jī)向所有從機(jī)發(fā)送計(jì)時(shí)指令，從機(jī)收到該指令后開始計(jì)時(shí)；此后，只有測(cè)試者交替經(jīng)過主機(jī)一、二時(shí)，每經(jīng)過主機(jī)一次，圈數(shù)會(huì)相應(yīng)減O.5圈。當(dāng)圈數(shù)減為零時(shí)，計(jì)時(shí)停止，此時(shí)液晶屏上將顯示測(cè)試者的測(cè)試時(shí)間(即跑過上述圈數(shù)所用的時(shí)間)。系統(tǒng)整體工作流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
    該系統(tǒng)的主、從機(jī)都采用MSP430單片機(jī)作為主處理器。雖然該系列單片機(jī)推出時(shí)間不是很長(zhǎng)，但由于其卓越的性能，在上市的幾年時(shí)間里應(yīng)用極為廣泛，已經(jīng)成為51系列單片機(jī)的升級(jí)替代品，其以下幾個(gè)特點(diǎn)頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)。
    超低功耗 MSP430系列單片機(jī)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(dòng)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(qiáng)大 MSP430單片機(jī)采用了精簡(jiǎn)指令集(RTIS)結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令，使MSP430在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá)8 MIPS。豐富的片上外設(shè)模塊 MSP430單片機(jī)集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)，不同型號(hào)的單片機(jī)集成不同的外設(shè)，基本組合有以下功能模塊：看門狗電路(WDT)、定時(shí)器A(timer_A)、定時(shí)器B、基本定時(shí)器、串口電路、硬件乘法器、10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(12/14 b ADC)和10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路(12/14 b DAC)等。
    在該系統(tǒng)中，主機(jī)采用MSP430F149，從機(jī)采用MSP430FE425。系統(tǒng)主機(jī)的硬件框圖如圖3所示。

    主機(jī)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(jī)供電，經(jīng)升壓電路升壓至5 V后給無線發(fā)射模塊和點(diǎn)陣液晶供電；點(diǎn)陣液晶采用國(guó)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(jī)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(jī)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(jī)的硬件串口電路連接，實(shí)現(xiàn)信息由串口傳送給從機(jī)的單片機(jī)。主機(jī)二處為了減少成本，去掉了液晶屏和鍵盤，以指示燈代替，當(dāng)指示燈閃爍時(shí)表示主機(jī)二工作正常，當(dāng)指示燈滅時(shí)，表示主機(jī)二工作異?；虿还ぷ?。
    系統(tǒng)從機(jī)的硬件框圖如圖4所示。從機(jī)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(jī)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(jī)的硬件串口電路相連，實(shí)現(xiàn)將接收的數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)。系統(tǒng)從機(jī)體積小、重量輕，適合測(cè)試者隨身攜帶。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫，C語言兼顧了一般高級(jí)語言和匯編語言的特點(diǎn)，不僅有良好的程序可讀性，又支持對(duì)待開發(fā)處理器的硬件操作。
    本系統(tǒng)的軟件采用模塊化方式設(shè)計(jì)，以利于以后的系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)。軟件主要包括液晶驅(qū)動(dòng)模塊、串口驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊和主程序，主、從機(jī)軟件流程如圖5所示。

    主機(jī)初始化后，在液晶屏上提示輸入計(jì)時(shí)圈數(shù)，然后用鍵盤輸入要跑的圈數(shù)后，按下確認(rèn)鍵，主機(jī)開始向從機(jī)發(fā)送計(jì)數(shù)圈數(shù)。當(dāng)測(cè)試者都收到圈數(shù)后起跑的同時(shí)工作人員按下起跑按鍵，此時(shí)主機(jī)發(fā)送計(jì)時(shí)指令。然后一直發(fā)送一特定字符，直至此次測(cè)試結(jié)束。
    從機(jī)初始化后，準(zhǔn)備接收計(jì)時(shí)圈數(shù)，當(dāng)接收到計(jì)時(shí)圈數(shù)時(shí)，在液晶屏上顯示圈數(shù)的信息。當(dāng)從機(jī)接收到計(jì)時(shí)指令后，從機(jī)開始計(jì)時(shí)并將計(jì)時(shí)情況顯示在液晶屏上，當(dāng)從機(jī)接收到主機(jī)一發(fā)送的信號(hào)時(shí)，將一標(biāo)志位置1，當(dāng)從機(jī)收到主機(jī)二發(fā)送的信號(hào)時(shí)，將上述標(biāo)志位置0；當(dāng)從機(jī)收到任意主機(jī)發(fā)送的信號(hào)時(shí)，先判斷是主機(jī)一還是主機(jī)二，隨后判斷與上一發(fā)送信號(hào)的主機(jī)是否相同，若不同，則圈數(shù)減半，若不同，則圈數(shù)保持；隨后檢測(cè)圈數(shù)是否為零，若不為零，則繼續(xù)計(jì)數(shù)，若為零則計(jì)數(shù)停止。

4 結(jié) 語
    本系統(tǒng)目前在西安電子科技大學(xué)的國(guó)防生日常能力考核中已經(jīng)得到成功應(yīng)用，該系統(tǒng)從機(jī)體積小、功耗低，方便測(cè)試者測(cè)試攜帶，同時(shí)該系統(tǒng)具有計(jì)時(shí)精度高、及時(shí)方便、省人省力等特點(diǎn)，在平時(shí)身體素質(zhì)考核和測(cè)量中以及其他相應(yīng)場(chǎng)合的應(yīng)用前景非常廣泛。