基于Multisim10 的智能秒表設(shè)計(jì)

吳瑋瑋

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安710300）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高， 特別是近幾年信息技術(shù)的發(fā)展，智能化的電子產(chǎn)品改變著人類的生活細(xì)節(jié)[1]。近年來(lái)，智能秒表的運(yùn)用范圍也越來(lái)越廣，其輔助功能越變得越來(lái)越重要，它能夠?qū)崿F(xiàn)0～99 s 的自動(dòng)計(jì)時(shí)、停止、歸零等功能，避免了傳統(tǒng)由人來(lái)控制秒表時(shí)間的不變，大幅減小了計(jì)算誤差，在各種比賽中具有重要的意義。 智能秒表利用一種全能的電子電路仿真軟件，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 Multisim10

Multisim10 是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的一種全功能電子仿真軟件[2]，主要運(yùn)用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。 這種仿真工具包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，仿真分析能力比較強(qiáng)大。 Multisim提煉了SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容，能夠使設(shè)計(jì)師在沒(méi)有深入的SPICE 技術(shù)情況下也能夠很快地捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，通過(guò)Multisim 和虛擬儀器技術(shù)，PCB 設(shè)計(jì)工程師可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 Multisim10 能夠見(jiàn)硬件設(shè)計(jì)、 調(diào)試、仿真集成在軟件環(huán)境下，采用虛擬器件的電路元件和虛擬的測(cè)量?jī)x器，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的同步進(jìn)行，方便修改調(diào)試，降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)速度，使實(shí)驗(yàn)成功的電路能夠直接在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中使用，比傳統(tǒng)的仿真軟件具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2 智能秒表設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架

智能秒表的設(shè)計(jì)一般由單片機(jī)、按鍵電路、數(shù)碼管以及穿行到并行的轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成， 其中按鍵電路設(shè)計(jì)2 個(gè)按鍵K1、K2，K1 的主要功能是啟停智能秒表，K2 的主要功能是自識(shí)初始值，而且擔(dān)負(fù)秒表的計(jì)時(shí)、暫停等功能，案件信息由單片機(jī)采集。數(shù)碼管構(gòu)成秒表的顯示功能，通過(guò)單片機(jī)將串行信號(hào)發(fā)送到74LS164， 然后再將串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行信號(hào)輸送到數(shù)碼管實(shí)施顯示，以便實(shí)現(xiàn)功能的自動(dòng)化顯示。

智能秒表在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前首先進(jìn)行Multisim10 仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)智能秒表的工作需要， 選擇合適的器件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)[3]。器件的選擇路徑如表1 所示。

2.2 軟、硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的器件放置完成以后，即開(kāi)始進(jìn)行電路連接，在實(shí)際單片機(jī)的使用中必須提供具備所需要的功能， 且符合外圍電路設(shè)計(jì)的單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)在滿足系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上，保證單片機(jī)的正常工作。 本文設(shè)計(jì)的電路在Multisim10 軟件仿真過(guò)程中沒(méi)有時(shí)鐘電路單片機(jī)也能正常工作， 單片機(jī)的工作頻率和ROM 的大小均可以實(shí)現(xiàn)任意設(shè)定和修改。

表1 仿真實(shí)驗(yàn)中需要的器件選擇Tab.1 Simulation experiments need device of choice

Multisim10 的MCU 模塊可以支持C 語(yǔ)言編程以及具反匯編功能。 他的調(diào)試功能主要包括內(nèi)存的改寫、單步執(zhí)行、斷點(diǎn)設(shè)置以及存儲(chǔ)器的查看等功能， 能夠自動(dòng)完成硬件設(shè)計(jì)到尊重調(diào)試的所有步驟，在編寫程序時(shí)，首先打開(kāi)工具欄這時(shí)工具欄會(huì)彈出所有目錄，點(diǎn)擊右鍵進(jìn)入程序編輯，打開(kāi)MCU 建立一個(gè)元程序文件，這時(shí)可以打開(kāi)一個(gè)編輯界面，進(jìn)而對(duì)程序進(jìn)行編輯。 編輯完畢后進(jìn)入下一個(gè)頁(yè)面繼續(xù)編譯、 連接和仿真，最后的仿真結(jié)果會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)，呈現(xiàn)出來(lái)的信息包括出錯(cuò)的位置及代碼。

電路的功能為連接在端口的LED 燈循環(huán)點(diǎn)亮，LED 燈的點(diǎn)亮頻率由延時(shí)程序DELAY 決定， 但是也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。仿真結(jié)果如果證明此系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可以直接將此系統(tǒng)運(yùn)用于智能秒表設(shè)計(jì)中。 最終的秒表電路設(shè)計(jì)如圖1所示，該設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定性好，精度可達(dá)微秒級(jí)，適合作為智能秒表設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與智能設(shè)計(jì)

圖1 智能秒表電路原理圖Fig. 1 Circuit design of intelligent stopwatch

實(shí)際電路調(diào)試前要首先檢查各元器件的完好性； 如果接上電源之后發(fā)現(xiàn)電路仍然不能工作， 可能是虛焊或者漏焊問(wèn)題，應(yīng)該立即尋找焊接問(wèn)題，將其焊好；電源接好后電路正常工作，但是數(shù)碼管不系那是，可能是數(shù)碼管腳接錯(cuò)，也可能是數(shù)碼管COM 端出現(xiàn)錯(cuò)誤， 應(yīng)該立即對(duì)其檢測(cè)， 如果管腳接錯(cuò)， 立即改正。 在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)的調(diào)試工作也應(yīng)該注意，系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)該逐個(gè)模塊進(jìn)行，首先要單獨(dú)調(diào)試各個(gè)功能子程序， 然后檢驗(yàn)接口電路的正常與否以及程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，最后把各子程序連接起來(lái)總調(diào)[4]。 在聯(lián)調(diào)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題是各個(gè)程序間模塊的是否能夠正確實(shí)現(xiàn)傳遞參數(shù)的功能，判斷對(duì)各路子程序的保護(hù)和恢復(fù)。

完成Multisim10 單片機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)以及軟硬件聯(lián)調(diào)后，對(duì)智能秒表的智能功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 首先根據(jù)K1 鍵的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，K1 鍵主要功能是啟動(dòng)和終止計(jì)時(shí)，它由21H 存儲(chǔ)鍵控制，當(dāng)21H 取值為1 時(shí)，秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，初始值一般為00000，最高顯示值為60000，進(jìn)入第二輪中也是如此循環(huán)計(jì)時(shí)，當(dāng)21H 取值為0 時(shí)，計(jì)時(shí)停止[5]。 然后根據(jù)K2 按鍵的功能繼續(xù)分析，按下K2 鍵以后，按鍵狀態(tài)由20H 記錄，當(dāng)20H得到取值為1 時(shí)，初始值有人工進(jìn)行設(shè)置，并且由寄存器存儲(chǔ)R4-R0 存放設(shè)置狀態(tài)。 這種情況下，LED 的最大顯示數(shù)值為9，其他數(shù)碼管的最大顯示數(shù)字可能可以達(dá)到數(shù)字9，也就是說(shuō)秒表的最大值為999.999 s。

未來(lái)最大限度的減小誤差，在智能秒表上設(shè)置毫秒，1 毫秒的定時(shí)設(shè)計(jì)采用定時(shí)器中斷方法來(lái)實(shí)現(xiàn)它的定時(shí)， 進(jìn)而刷新顯示。

4 結(jié)束語(yǔ)

Multisim10 單片機(jī)的智能秒表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，利用Multisim10 軟件進(jìn)行建模、仿真，通過(guò)元器件的選擇使仿真電路更加簡(jiǎn)單、直觀，便于人們隨時(shí)改變和觀察仿真波形，提高仿真的直觀性和實(shí)時(shí)性[6]。通過(guò)Multisim10 仿真軟件的實(shí)驗(yàn)，確定方案的可實(shí)施性，合理調(diào)節(jié)元器件的仿真電路，利用LED 顯示屏和底功能繼承芯片等組成完整的秒表系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的秒表新增了計(jì)時(shí)暫停功能、 自設(shè)初始值的功能等，它的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊，軟件設(shè)計(jì)靈活等，隨著單片機(jī)功能的日益豐富，其功能仍有較大的擴(kuò)展空間。

[1] 姚金明,楊俊杰.自行車轉(zhuǎn)速里程表的設(shè)計(jì)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2013,29(3):249-252,265.

YAO Jin -ming,YANG Jun -jie.Design of bicycle speed odometer [J]. Journal of Shanghai Electric Power College,2013,29(3):249-252,265.

[2] WEI Xue-hai, LIU Xiao-hong. Simulation of Microcontroller System Based on Multisim10[J].Computer Simulation,2010,27(1):245-248.

[3] 吳凌燕.Multisim10在單片機(jī)仿真中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2011,30(3):67-70.

WU Ling-yan.The application of Multisim 10 in single-chip microcomputer simulation[J].Foreign Electronic Measurement Technology,2011,30(3):67-70.

[4] 岳春. 計(jì)時(shí)秒表的單片機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 科園月刊,2010,30(15)：68-69.

YUE Chun.Timing stopwatch single-chip design[J].Journal of Families Garden Issue 2010,30(15):68-69.

[5] 雷躍榮,詹旭,杜玲艷,等.基于單片機(jī)的智能秒表設(shè)計(jì)[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,23(5):602-604.

LEI Yue-rong,ZHAN Xu,DU Ling-yan,et al.An intelligent stopwatch design based on MCU [J].Journal of Sichuan Institute of Technology:Natural Science Edition,2010,23 (5) :602-604.

[6] 王荔芳,余磊,周曉華,等.放大電路的Multisim10仿真分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(18):172-174.

WANG Li-fang,YU Lei,ZHOU Xiao-hua,et al.Simulation analysis of amplifier based on Multisim10 [J].The Modern Electronic Technology,2011,34(18):172-174.