O 引 言
    在日常的體能測試中，對個體長跑的計時成績是體現該個體體能素質的重要數據，傳統(tǒng)上，長跑測試工作主要依靠人工計圈計時，費時費力，而且統(tǒng)計數據很容易受到主觀因素干擾，進而影響到測試或比賽的公平性和有效性。因此，傳統(tǒng)的人工計時計圈的數據統(tǒng)計方式已不適合在正式的測試中使用。應用本系統(tǒng)，能實現自動統(tǒng)計大量人群的長跑成績，省人省力。被測試者隨身攜帶一部自動計圈計時的裝置，從起跑時開始計時，到達終點時停止計時，從而實現了自動計時、減少測試人員的目的。
    本系統(tǒng)由兩部主機和多個從機(1～150部)組成，主機負責發(fā)送圈數與起跑指令，從機接收主機的命令并實現自動計時計圈的功能。整個系統(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，具有16位RISC結構，125μs指令周期以及12位200 Kb/s的A/D轉換器。其系列中的MSP430FE425作為本系統(tǒng)從機的核心，它提供段式液晶驅動、硬件串行接口，大大降低了系統(tǒng)從機的開發(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)主機的核心。整個系統(tǒng)功耗小、結構緊湊、成本合理，具有較大的市場推廣價值。

1 系統(tǒng)概述
    新型的長跑計時計數系統(tǒng)由主機和從機兩部分組成。主機實現發(fā)送測試者要跑的圈數、起跑指令、路過指令，從機實現接收圈數、實時顯示計時結果和圈數、跑完設定圈數后停止計時的功能。在實際應用時，主機一放置在跑道起點處，主機二放置在跑道終點處，放置地點如圖1所示。

    在測試前，測試者須佩戴該系統(tǒng)的從機裝置。當測試者到達跑道起點時打開系統(tǒng)從機開關，主機一向所有從機發(fā)送計數圈數(該數值以0.5為最小單位)，從機收到圈數并顯示在液晶屏上。起跑時，主機向所有從機發(fā)送計時指令，從機收到該指令后開始計時；此后，只有測試者交替經過主機一、二時，每經過主機一次，圈數會相應減O.5圈。當圈數減為零時，計時停止，此時液晶屏上將顯示測試者的測試時間(即跑過上述圈數所用的時間)。系統(tǒng)整體工作流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)的硬件結構
    該系統(tǒng)的主、從機都采用MSP430單片機作為主處理器。雖然該系列單片機推出時間不是很長，但由于其卓越的性能，在上市的幾年時間里應用極為廣泛，已經成為51系列單片機的升級替代品，其以下幾個特點頗受學術界好評。
    超低功耗 MSP430系列單片機的電源電壓在1.8～3.3 V之間，RAM數據保持方式下電流僅O.1μA，活動狀態(tài)下耗電250μA/MIPS(MIPS：每百萬條指令數)，I/O口的輸入端口的漏電流最大不超過50 nA。處理能力強大 MSP430單片機采用了精簡指令集(RTIS)結構，一個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令，使MSP430在8MHz晶振工作時，指令速度可達8 MIPS。豐富的片上外設模塊 MSP430單片機集成了豐富的片內外設，不同型號的單片機集成不同的外設，基本組合有以下功能模塊：看門狗電路(WDT)、定時器A(timer_A)、定時器B、基本定時器、串口電路、硬件乘法器、10位模/數轉換電路(12/14 b ADC)和10位數/模轉換電路(12/14 b DAC)等。
    在該系統(tǒng)中，主機采用MSP430F149，從機采用MSP430FE425。系統(tǒng)主機的硬件框圖如圖3所示。

    主機采用3.7 V鋰離子充電電池供電，經穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至3.3 V給MSP430F149單片機供電，經升壓電路升壓至5 V后給無線發(fā)射模塊和點陣液晶供電；點陣液晶采用國產TOPWAY3033液晶，顯示分辨率為128×64，該液晶自帶漢字字庫，其8根數據線與單片機P2口相連，3根控制線分別與P3.0～P3.2口連接；8鍵鍵盤與單片機的P1口連接，完成數據、指令的輸入功能，無線模塊與單片機的硬件串口電路連接，實現信息由串口傳送給從機的單片機。主機二處為了減少成本，去掉了液晶屏和鍵盤，以指示燈代替，當指示燈閃爍時表示主機二工作正常，當指示燈滅時，表示主機二工作異?；虿还ぷ?。
    系統(tǒng)從機的硬件框圖如圖4所示。從機采用3.7 V鋰離子充電電池供電，經穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至3.3 V給MSP430FE425單片機和無線接收模塊供電，顯示模塊采用7位段式液晶，完全滿足數據顯示需要，無線模塊與430單片機的硬件串口電路相連，實現將接收的數據傳送至單片機。系統(tǒng)從機體積小、重量輕，適合測試者隨身攜帶。

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

    主機初始化后，在液晶屏上提示輸入計時圈數，然后用鍵盤輸入要跑的圈數后，按下確認鍵，主機開始向從機發(fā)送計數圈數。當測試者都收到圈數后起跑的同時工作人員按下起跑按鍵，此時主機發(fā)送計時指令。然后一直發(fā)送一特定字符，直至此次測試結束。
    從機初始化后，準備接收計時圈數，當接收到計時圈數時，在液晶屏上顯示圈數的信息。當從機接收到計時指令后，從機開始計時并將計時情況顯示在液晶屏上，當從機接收到主機一發(fā)送的信號時，將一標志位置1，當從機收到主機二發(fā)送的信號時，將上述標志位置0；當從機收到任意主機發(fā)送的信號時，先判斷是主機一還是主機二，隨后判斷與上一發(fā)送信號的主機是否相同，若不同，則圈數減半，若不同，則圈數保持；隨后檢測圈數是否為零，若不為零，則繼續(xù)計數，若為零則計數停止。

4 結 語
    本系統(tǒng)目前在西安電子科技大學的國防生日常能力考核中已經得到成功應用，該系統(tǒng)從機體積小、功耗低，方便測試者測試攜帶，同時該系統(tǒng)具有計時精度高、及時方便、省人省力等特點，在平時身體素質考核和測量中以及其他相應場合的應用前景非常廣泛。