基于Multisim10 的智能秒表設計

吳瑋瑋

（陜西國防工業職業技術學院 陜西 西安710300）

隨著經濟的發展和人們生活水平的提高， 特別是近幾年信息技術的發展，智能化的電子產品改變著人類的生活細節[1]。近年來，智能秒表的運用范圍也越來越廣，其輔助功能越變得越來越重要，它能夠實現0～99 s 的自動計時、停止、歸零等功能，避免了傳統由人來控制秒表時間的不變，大幅減小了計算誤差，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，提高產品的設計質量。

1 Multisim10

Multisim10 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的一種全功能電子仿真軟件[2]，主要運用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。 這種仿真工具包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，仿真分析能力比較強大。 Multisim提煉了SPICE 仿真的復雜內容，能夠使設計師在沒有深入的SPICE 技術情況下也能夠很快地捕獲、仿真和分析新的設計，通過Multisim 和虛擬儀器技術，PCB 設計工程師可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。 Multisim10 能夠見硬件設計、 調試、仿真集成在軟件環境下，采用虛擬器件的電路元件和虛擬的測量儀器，能夠實現設計與實驗的同步進行，方便修改調試，降低實驗成本，提高實驗速度，使實驗成功的電路能夠直接在產品開發中使用，比傳統的仿真軟件具有較大的優勢。

2 智能秒表設計

2.1 系統框架

智能秒表的設計一般由單片機、按鍵電路、數碼管以及穿行到并行的轉換電路構成， 其中按鍵電路設計2 個按鍵K1、K2，K1 的主要功能是啟停智能秒表，K2 的主要功能是自識初始值，而且擔負秒表的計時、暫停等功能，案件信息由單片機采集。數碼管構成秒表的顯示功能，通過單片機將串行信號發送到74LS164， 然后再將串行信號轉換成并行信號輸送到數碼管實施顯示，以便實現功能的自動化顯示。

智能秒表在進行設計之前首先進行Multisim10 仿真實驗，根據智能秒表的工作需要， 選擇合適的器件進行仿真實驗[3]。器件的選擇路徑如表1 所示。

2.2 軟、硬件設計

單片機的器件放置完成以后，即開始進行電路連接，在實際單片機的使用中必須提供具備所需要的功能， 且符合外圍電路設計的單片機，從而實現在滿足系統功能需求的基礎上，保證單片機的正常工作。 本文設計的電路在Multisim10 軟件仿真過程中沒有時鐘電路單片機也能正常工作， 單片機的工作頻率和ROM 的大小均可以實現任意設定和修改。

表1 仿真實驗中需要的器件選擇Tab.1 Simulation experiments need device of choice

Multisim10 的MCU 模塊可以支持C 語言編程以及具反匯編功能。 他的調試功能主要包括內存的改寫、單步執行、斷點設置以及存儲器的查看等功能， 能夠自動完成硬件設計到尊重調試的所有步驟，在編寫程序時，首先打開工具欄這時工具欄會彈出所有目錄，點擊右鍵進入程序編輯，打開MCU 建立一個元程序文件，這時可以打開一個編輯界面，進而對程序進行編輯。 編輯完畢后進入下一個頁面繼續編譯、 連接和仿真，最后的仿真結果會呈現出來，呈現出來的信息包括出錯的位置及代碼。

電路的功能為連接在端口的LED 燈循環點亮，LED 燈的點亮頻率由延時程序DELAY 決定， 但是也可以根據實際需要進行修改。仿真結果如果證明此系統的準確性，可以直接將此系統運用于智能秒表設計中。 最終的秒表電路設計如圖1所示，該設計電路簡單穩定性好，精度可達微秒級，適合作為智能秒表設計的基礎。

3 系統聯調與智能設計

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

實際電路調試前要首先檢查各元器件的完好性； 如果接上電源之后發現電路仍然不能工作， 可能是虛焊或者漏焊問題，應該立即尋找焊接問題，將其焊好；電源接好后電路正常工作，但是數碼管不系那是，可能是數碼管腳接錯，也可能是數碼管COM 端出現錯誤， 應該立即對其檢測， 如果管腳接錯， 立即改正。 在程序設計過程中系統的調試工作也應該注意，系統的調試應該逐個模塊進行，首先要單獨調試各個功能子程序， 然后檢驗接口電路的正常與否以及程序是否能夠實現預期功能，最后把各子程序連接起來總調[4]。 在聯調過程中需要注意的問題是各個程序間模塊的是否能夠正確實現傳遞參數的功能，判斷對各路子程序的保護和恢復。

完成Multisim10 單片機的仿真實驗以及軟硬件聯調后，對智能秒表的智能功能實現進行設計。 首先根據K1 鍵的功能進行設計，K1 鍵主要功能是啟動和終止計時，它由21H 存儲鍵控制，當21H 取值為1 時，秒表開始計時，初始值一般為00000，最高顯示值為60000，進入第二輪中也是如此循環計時，當21H 取值為0 時，計時停止[5]。 然后根據K2 按鍵的功能繼續分析，按下K2 鍵以后，按鍵狀態由20H 記錄，當20H得到取值為1 時，初始值有人工進行設置，并且由寄存器存儲R4-R0 存放設置狀態。 這種情況下，LED 的最大顯示數值為9，其他數碼管的最大顯示數字可能可以達到數字9，也就是說秒表的最大值為999.999 s。

未來最大限度的減小誤差，在智能秒表上設置毫秒，1 毫秒的定時設計采用定時器中斷方法來實現它的定時， 進而刷新顯示。

4 結束語

Multisim10 單片機的智能秒表控制系統的設計以單片機為核心，利用Multisim10 軟件進行建模、仿真，通過元器件的選擇使仿真電路更加簡單、直觀，便于人們隨時改變和觀察仿真波形，提高仿真的直觀性和實時性[6]。通過Multisim10 仿真軟件的實驗，確定方案的可實施性，合理調節元器件的仿真電路，利用LED 顯示屏和底功能繼承芯片等組成完整的秒表系統，比傳統的秒表新增了計時暫停功能、 自設初始值的功能等，它的主要優點是體積小、功耗低、結構緊湊，軟件設計靈活等，隨著單片機功能的日益豐富，其功能仍有較大的擴展空間。

[1] 姚金明,楊俊杰.自行車轉速里程表的設計[J].上海電力學院學報,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在單片機仿真中的應用[J].國外電子測量技術,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. 計時秒表的單片機設計[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.基于單片機的智能秒表設計[J].四川理工學院學報:自然科學版,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].現代電子技術,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.