智能化多功能双路计时仪

　　一、引言

　　随着微电子技术和单片机技术的广泛应用，各类仪器的智能化已是一种趋势和潮流。双路计时仪是高等院校普通物理力学实验中常用的精密计时仪器，能用于碰撞、重力加速度、自由落体、单摆及验证牛顿第二定律等项实验的准确计时，还可配合各种气垫导轨使用。目前，绝大多数院校实验室使用的是晶体管分立元件的旧式双路计时仪。这种计时仪器不但功能单一、工作不稳定，而且体积大、操作不便。为此，我们开发研制了智能化的多功能双路计时仪。这种智能化双路计时仪具有功能全、精度高、计时准确、抗干扰能力强、工作稳定、体积小、耗电小等优点。这种仪器实际上是以单片机为核心而配置的专用计算机系统，其功能可以不过分依赖硬件系统而通过软件来改变其功能。

　　二、设计思想

　　双路计时仪是可以精确测量两个有限时间间隔的计时仪器，即以某一固定频率的脉冲信号为时标，以多个光电门为控制信号对固定频率的时钟脉冲进行计数，通过各段计数值即可得到各光电门状态变化期间所经历的时间间隔，并将各段时间间隔用较好的方式显示出来。

　　双路计时仪的基本原理，充分利用INTEL公司8051系列单片机8031丰富的片上资源，对其进行程序代码空间、键盘显示接口以及外部状态检测接口等进行了扩充，充分利用可编程定时Z计数器8253或8254芯片的功能，组成了既可精确定时的计时，又可以作为秒表、计数器、时钟、频率计、方波信号发生器使用的多功能双路计时仪。

　　三、总体结构

　　图1给出了智能化多功能双路计时仪的总体结构图。采用的是无片上ROM型单片机8031，外部扩展了SK的代码存储器，而数据存储器则直接利用片上的128字节，时钟采用6MHz的品振，将地址锁存允许信号(ALE信号)进行10分频得到频率为IO0kHz、占空比为50%的脉冲信号为标准时标信号。

　　整个系统由四部分组成:

　　(l)CPU及代码空间扩展部分:

　　(2)键盘和显示部分接口;

　　(3)时钟信号的产生与计数部分;

　　(4)光电门信号产生及检测部分。

　　四、功能与应用范围

　　该系统采用键盘和方式开关选定工作方式(如测速度、加速度、单摆、秒表、事件计数器、时钟等功能、频率计、方波信号发生器)，系统软件根据用户选定的工作方式自动完成该方式下的功能

　　(1)精确计时功能:用于精确测量两个或多个事件之间发生的时间间隔，如测量运动物体的速度、加速度、单摆的周期等，计时精度可以精确到百分之一毫秒。本功能为该系统的主功能