基于Multisim10 的智能秒表设计

吴玮玮

（陕西国防工业职业技术学院 陕西 西安710300）

随着经济的发展和人们生活水平的提高， 特别是近几年信息技术的发展，智能化的电子产品改变着人类的生活细节[1]。近年来，智能秒表的运用范围也越来越广，其辅助功能越变得越来越重要，它能够实现0～99 s 的自动计时、停止、归零等功能，避免了传统由人来控制秒表时间的不变，大幅减小了计算误差，在各种比赛中具有重要的意义。 智能秒表利用一种全能的电子电路仿真软件，提高产品的设计质量。

1 Multisim10

Multisim10 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的一种全功能电子仿真软件[2]，主要运用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。 这种仿真工具包含电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，仿真分析能力比较强大。 Multisim提炼了SPICE 仿真的复杂内容，能够使设计师在没有深入的SPICE 技术情况下也能够很快地捕获、仿真和分析新的设计，通过Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 Multisim10 能够见硬件设计、 调试、仿真集成在软件环境下，采用虚拟器件的电路元件和虚拟的测量仪器，能够实现设计与实验的同步进行，方便修改调试，降低实验成本，提高实验速度，使实验成功的电路能够直接在产品开发中使用，比传统的仿真软件具有较大的优势。

2 智能秒表设计

2.1 系统框架

智能秒表的设计一般由单片机、按键电路、数码管以及穿行到并行的转换电路构成， 其中按键电路设计2 个按键K1、K2，K1 的主要功能是启停智能秒表，K2 的主要功能是自识初始值，而且担负秒表的计时、暂停等功能，案件信息由单片机采集。数码管构成秒表的显示功能，通过单片机将串行信号发送到74LS164， 然后再将串行信号转换成并行信号输送到数码管实施显示，以便实现功能的自动化显示。

智能秒表在进行设计之前首先进行Multisim10 仿真实验，根据智能秒表的工作需要， 选择合适的器件进行仿真实验[3]。器件的选择路径如表1 所示。

2.2 软、硬件设计

单片机的器件放置完成以后，即开始进行电路连接，在实际单片机的使用中必须提供具备所需要的功能， 且符合外围电路设计的单片机，从而实现在满足系统功能需求的基础上，保证单片机的正常工作。 本文设计的电路在Multisim10 软件仿真过程中没有时钟电路单片机也能正常工作， 单片机的工作频率和ROM 的大小均可以实现任意设定和修改。

表1 仿真实验中需要的器件选择Tab.1 Simulation experiments need device of choice

Multisim10 的MCU 模块可以支持C 语言编程以及具反汇编功能。 他的调试功能主要包括内存的改写、单步执行、断点设置以及存储器的查看等功能， 能够自动完成硬件设计到尊重调试的所有步骤，在编写程序时，首先打开工具栏这时工具栏会弹出所有目录，点击右键进入程序编辑，打开MCU 建立一个元程序文件，这时可以打开一个编辑界面，进而对程序进行编辑。 编辑完毕后进入下一个页面继续编译、 连接和仿真，最后的仿真结果会呈现出来，呈现出来的信息包括出错的位置及代码。

电路的功能为连接在端口的LED 灯循环点亮，LED 灯的点亮频率由延时程序DELAY 决定， 但是也可以根据实际需要进行修改。仿真结果如果证明此系统的准确性，可以直接将此系统运用于智能秒表设计中。 最终的秒表电路设计如图1所示，该设计电路简单稳定性好，精度可达微秒级，适合作为智能秒表设计的基础。

3 系统联调与智能设计

图1 智能秒表电路原理图Fig. 1 Circuit design of intelligent stopwatch

实际电路调试前要首先检查各元器件的完好性； 如果接上电源之后发现电路仍然不能工作， 可能是虚焊或者漏焊问题，应该立即寻找焊接问题，将其焊好；电源接好后电路正常工作，但是数码管不系那是，可能是数码管脚接错，也可能是数码管COM 端出现错误， 应该立即对其检测， 如果管脚接错， 立即改正。 在程序设计过程中系统的调试工作也应该注意，系统的调试应该逐个模块进行，首先要单独调试各个功能子程序， 然后检验接口电路的正常与否以及程序是否能够实现预期功能，最后把各子程序连接起来总调[4]。 在联调过程中需要注意的问题是各个程序间模块的是否能够正确实现传递参数的功能，判断对各路子程序的保护和恢复。

完成Multisim10 单片机的仿真实验以及软硬件联调后，对智能秒表的智能功能实现进行设计。 首先根据K1 键的功能进行设计，K1 键主要功能是启动和终止计时，它由21H 存储键控制，当21H 取值为1 时，秒表开始计时，初始值一般为00000，最高显示值为60000，进入第二轮中也是如此循环计时，当21H 取值为0 时，计时停止[5]。 然后根据K2 按键的功能继续分析，按下K2 键以后，按键状态由20H 记录，当20H得到取值为1 时，初始值有人工进行设置，并且由寄存器存储R4-R0 存放设置状态。 这种情况下，LED 的最大显示数值为9，其他数码管的最大显示数字可能可以达到数字9，也就是说秒表的最大值为999.999 s。

未来最大限度的减小误差，在智能秒表上设置毫秒，1 毫秒的定时设计采用定时器中断方法来实现它的定时， 进而刷新显示。

4 结束语

Multisim10 单片机的智能秒表控制系统的设计以单片机为核心，利用Multisim10 软件进行建模、仿真，通过元器件的选择使仿真电路更加简单、直观，便于人们随时改变和观察仿真波形，提高仿真的直观性和实时性[6]。通过Multisim10 仿真软件的实验，确定方案的可实施性，合理调节元器件的仿真电路，利用LED 显示屏和底功能继承芯片等组成完整的秒表系统，比传统的秒表新增了计时暂停功能、 自设初始值的功能等，它的主要优点是体积小、功耗低、结构紧凑，软件设计灵活等，随着单片机功能的日益丰富，其功能仍有较大的扩展空间。

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