反应速度测试仪

1、精选优质文档-倾情为你奉上设计题目： 反应能力测试仪 系 别： 应用电子与通用技术系 班 级： 学生姓名： 指导教师： 成 绩：_ _ 年 月 日专心-专注-专业课 程 设 计 任 务 书课程设计题目反应能力测试仪功能技术指标1.开机时由8只发光二极管组成的显示电路全亮。2.由测试灯亮到按动停止键两者之间的时间长短判别人的反应速度。3.8支发光二极管点亮得越多，代表测试者反应能力越强，每熄灭一个所代表的时间为50ms。工作量适中工作计划6月24日分析题目的要求查找和分析参考资料；6月24日26日画出电路原理图、分析电路原理图,列出元器件表；6月27日-购买元器件；6月2729日安装电路；6月3

2、0日7月6日电路调试,上交电路；7月77月10日撰写课程设计说明书；7月11日绘制图纸，准备答辩；7月12日答辩。指导教师评语 年 月 日目录第一章 绪论1.1 选题目的反应速度是速度素质的一种表现形式，指人体对各种刺激发生反应的快慢。它以神经过程，反应时为基础，反应时短，反应速度快；反应时长，反应速度慢。反应速度因人而异，却是某些职业的重要指标之一，如汽车司机、飞行员、宇航员和运动员等职业。因此对反应速度的测试是一项非常有实用意义的工作，它不仅可以测试出一个人的真实反应速度还可以辅助训练一个人的反应能力。本次设计就是利用电子技术来设计一个能够测试人的反应速度的仪器，该仪器主要包括时钟脉冲发生

3、电路、减法计数器电路、显示电路，停控电路等。1.2 设计要求1.2.1 设计题目和设计功能本次设计题目为反应速度测试仪，主要设计功能为：开机时由8只发光二极管组成的显示电路全亮。待测试灯亮后，8支点亮的发光二极管每隔50ms左右，熄灭一个。被测试人按动停止键后，发光二极管停留在当前状态不变，通过观察剩余点亮二极管的个数，判断被测试人的反应速度。1.2.2设计指标：（1） 开机时由8只发光二极管组成的显示电路全亮。（2） 由测试灯亮到按动停止键两者之间的时间长短判别人的反应速度。（3） 8支发光二极管点亮得越多，代表反应能力越强，每熄灭一个所代表的时间为50ms。第二章 电路结构及工作原理2.1

4、 电路方框图本设计的电路主要由显示电路、测试信号灯电路、减法计数器电路、时钟脉冲电路、启停控电路组成。电路方框图如图2-1所示。图2-1 电路方框图2.2 时钟脉冲发生电路时钟脉冲发生电路的实现方法有很多种，其中RC振荡电路结构简单，易于实现且性能比较可靠，适合用在对时间要求不是很严格的电路中。本设计旨在直观的体现反应速度，不要求呈现具体精确的时间，因此本设计的时钟脉冲发生电路用RC振荡电路实现。时钟脉冲发生电路图如图2-2所示。当电源接通后，非门G1输入端为0，故输出为1；非门G2输入为1，输出就为0。所以电路通过R 对电容充电，当电容两端的电压达到非门G1的开启电压时，G1的输出就跳变为0

5、，这时G2的输出端也随之跳变为1，第一个暂稳态结束。随着电容通过R放电，其两端的电压下降至G1输入端的截止电压时，G1输出电平跳变为1，G2输出电平跳变为0。电路反复重复上述过程，就产生矩形波。图2-2 时钟脉冲发生电路当RsRt的时候，RC振荡电路产生的脉冲的时钟周期为：T=2.2Rt×Ct （公式2-1）由此我们可以得到该RC振荡电路产生时钟脉冲的频率为：f=1/T （公式2-2）本电路产生的脉冲周期为：T=2.2×51×103×0.47×10-6F50ms这里的RC振荡电路的非门由芯片CD4069提供，CD4069共有14个引脚，六个非门

6、。相关资料见附录1。2.3 显示电路该显示电路主要由8只发光二极管实现，8只LED共阳极相连在电源正极上，各自串联一个1 k的电阻和一个非门，然后连接在减数计数器的相应的引脚上。当减数计数器的引脚输出高电平时，经非门反相后变成低电平，对应的LED点亮。如图2-3所示。图2-3 显示电路发光二极管的反向击穿电压大约为5V，其特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻来控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R=（E-UF）IF （公式 2-3）其中E为电源电压，UF为发光二极管正向压降，IF为LED的一般工作电流。2.4 测试信号灯电路测试信号灯电路结构如图2-4组成。在该部分电路中，电解电容和电

7、阻R1组成一阶RC电路，起延时作用。当电源接通时，电解电容处于充电状态，故或非门的输入端为低电平,LED灯灭。其充电时间常数为： =RC （公式 2-4）决定。在本电路中，一阶RC延时电路的延时时间为t=1×106×2.2×10-6F=2.2s当电容充电完成后，或非门的输入端为高电平，LDE灯亮。 图2-4 测试信号灯电路2.5 启停控电路如图2-5所示为启停控制电路图，本电路采用了或非门CD4001芯片，CD4001是四2输入或非门共有14个引脚，其引脚图和功能表见附录1。当被测人员按下停止键S2的时候，将或非门3、4组成的RS触发器（其状态真值表见表2.5.1

8、）置0，使多谐振荡器停振，CD4015也停止了减法计数并处于保持状态。图2-5启停控电路表2.5.1 或非门组成的RS触发器状态真值表R0101S1001Q置1置0保持不定2.6 减法计数器电路减法计数器电路主要是通过接收了时钟脉冲信号的移位寄存器来实现，这里选用的移位寄存器为双4位静态移位寄存器CD4015，当引脚7、15、6、14为低电平的时候，移位寄存器开始在时钟脉冲的作用下进行减法计数，对应的输出端输出低电平，使显示电路中的相应的LED熄灭。时钟脉冲的周期的大小决定着移位寄存器减法计数的快慢，所以在不同设计要求下时钟脉冲的周期的确定是非常重要的。引脚3、4、5、10、2、11、12、1

9、3为减法计数器的输出端，他们分别与显示电路中的LED灯相连来控制LED灯的显示状态。当启停控电路中的RS触发器置1后，使得RC多谐振荡电路的时钟脉冲输出端发生1/0的跳变，即产生一个下降沿，然后停止振荡。同时因为CD4015的6脚、14脚接地即低电平，所以减法计数器就会保持当前时刻的状态，显示电路的显示状态也会保持在这一刻，这样就可以实现对反应速度的直观测试。关于CD4015的详细资料见附表1。减数计数器电路如图2-6所示。图2-6 减数计数器电路第三章 整机工作原理反应测试仪电路图如图3-1所示，电路主要由时钟脉冲发生器、减法计数器、测试信号灯电路、停控电路、显示电路组成。非门15、16组成

10、RC振荡电路，CD4015为双4位静态移位寄存器，它组成8位右移寄存器。或非门1组成延时电路，当刚开机时，或非门输出高电平。在时钟脉冲作用下，CD4015的8位寄存单元迅速全部转变为高电平作为输出，经非门5-12反相后全部变为低电平，使LED灯点亮。经过2-3秒后，或非门1输出的电平由高电平变为低电平，非门13的输出也由高电平变为低电平，使测试灯LED1点亮，同时CD4015的第7引脚变为低电平，在时钟脉冲的作用下CD4015开始做减法计算，使8位寄存单元的输出端依次从左至右变为低电平，相应的发光二极管也从左至右依次熄灭，直至被测试人按下停止键，将或非门3、4组成的RS触发器置0，使VD1导通

11、，造成非门15、16组成的多谐振荡电路停振，CD4015停止计数并保持状态，其测试结果由发光二极管LED2-LED9被点亮的多少予以显示。点亮的越多表示测试者的反应速度越快，反之则越慢，反应快慢是以测试者观察到测试灯LED1亮至按下按键S2这二者之间时间间隔来判断的。发光二极管LED2-LED9每熄灭一个所代表的时间约为50ms。其中或非门2的作用是只有停止按键S2在测试灯被点亮之后才起作用。提前按下停止按键S2是不起作用的。 图 3-1 反应测试仪电路原理图第四章 电路的组装与调试4.1 电路的检查电路的检查在电子设计中是必不可少的工作，从理论上确定电路原理图的设计没有纰漏是设计走向成功的第

12、一步。因为即便确定电路原理图没有错误，在随后的电路组装工作中也肯定会遇到或多或少的问题，这些问题不同程度上影响着电路的性能。电路的检查便是在设计转化成成品之前，发现这些问题，找到问题根源并解决之。经过检查，本次设计的电路原理图并无错误，实物焊接的也没有问题。4.2 电路的调试4.2.1 调试仪器本电路结构简单，功能单一，需要调试的部分仅有时钟脉冲周期及测试信号灯从开机到点亮的时间间隔，故测试仪器用双踪示波器、数字万用表及秒表即可满足需求。双踪示波器用于测量脉冲时钟周期。经过测试，本电路中的RC振荡电路产生的时钟脉冲符合设计要求；万用表用于测量各个电阻的阻值，各电容的电容，各条通路是否联通；秒表

13、用于测算信号灯的延时时间。这次的调试没有使用仿真软件进行仿真调试，所有的调试工作都是在实物做出来以后，在实物板上直接进行调试。4.2.2 电路调试过程中遇到的问题电路调试过程比较顺利，时钟脉冲信号符合设计要求，各条通路也无短路的现象，各个LED灯正常工作，各芯片工作正常，但是还是不可避免地遇到了几个问题。首先，第一个问题便是测试信号灯的点亮时间比设计之初的构想要快，设计之初这个时间打算延时三到四秒，但实物做出来之后这个时间只有两秒多一点。经过仔细检查发现是在做原理图的时候计算失误，但是就实际效果来看，这一点误差并不影响电路主体功能的实现，这个问题就不予解决了。其次，第二个问题是显示电路在最初电

14、路完成后显示次序有些乱，表现为8只显示LED灯从左往右前四个一组后点亮，后四个一组的先点亮，这样的显示方式不符合人的观察习惯，不易理解。经过观察发现是CD4015芯片中两组4位寄存器接收时钟脉冲信号的先后顺序弄反了。随后即对电路进行了修改，这个问题得以解决。结论本次课程设计已经结束，反应速度测试仪已经制成。该仪器集合了几个经典的功能电路，如RC多谐振荡电路，一阶RC延时电路等。该仪器的总体工作过程是这样的：时钟脉冲电路提供时钟脉冲，驱动减数计数器做减数动作，显示电路则反映减数计数器输出端的状态，启停控电路负责时钟脉冲电路的启动与停止，测试灯电路负责、减数计数器的数据输入以及对启停控电路状态转换

15、的辅助作用。这次的课程设计以数电知识为基础，辅以模电、电路设计等相关专业知识。在原理层面设计的时候，用到了专业CAD设计软件protel。在绘制纸质的图纸时，大一所学的工程制图起到了关键作用。实物制作过程也是电子电工技能的实际体现。该反应速度测试仪是一个简单有趣但不失实用性的小设计，但美中不足的地方就是它只适用用日常生活中的半娱乐性的测试，还达不到专业化的程度，日后如有机会将会对其进行近一步地改进，使其具备更高的测试精度和更清晰的结果显示。收获与体会这次的课程设计是我第一次参与的实践类活动，在此过程中积累了大量经验。首先，在接到课程设计的题目后，本组成员一起商议，确定各自负责的部分，分工明确，

16、体现出高效的团队合作力。通过此事，让我更加清楚的认识到团队合作的重要性，和自己本身能力的不足之处。其次，在原理图的设计过程中遇到了很多专业性很强的技术问题。在解决这些问题的时候，通过询问指导老师，查阅资料，加上自己的独立思考最终使问题得以解决。在这个过程中，使我对自己学习的专业知识有了全新的认识，且巩固了先前所学。在利用身边的人、资料来解决问题的能力上有了新的突破。最后，在实物制作过程中，进一步提高了自己的焊接水平。这次的课程设计给了我很大的帮助，为日后的毕业设计积累了大量实用的经验，使自己明白在毕业设计的时候应该先从哪一步入手，遇到问题如何解决。致谢在本次课程设计中，最应该感谢的便是我们组的

17、指导老师姜桥老师。整个设计制作过程中，姜老师全程指导，在专业知识的剖析上，电路原理图的设计上，实物焊接、组装、调试上都给予了极大的帮助。其次我要感谢我们组其他成员，课程设计过程中，大家分工明确，合作默契，使得工作得以顺利高效地完成。参考文献1 邱关源编. 电路基础第5版. 北京：高等教育出版社，20062 康光华主编. 电子技术基础. 数字部分（第五版）-北京：高等教育出版社，20063 康光华主编. 电子技术基础. 模拟部分（第五版）-北京：高等教育出版社，20064 杨素行主编，模拟电子技术基础简明教程第3版-北京：高等教育出版社，2006 5 郭 宏 武国财主编. 数字电子技术及应用教程

18、第一版-北京：人民邮电出版社，2010附录1 集成芯片功能介绍一、CD4001引脚图及真值表CD4001为四双输入或非门芯片，其引脚图如下：CD4001的真值表见表付1：付1 CD4001的真值表输入值A输入值B输出值Y001010100110CD4001的工作条件：推荐工作条件：电源电压 3V18V 输入电压 OVVDD极限工作条件：电源电压 -0.5V18V 输入电压 -0.5VVDD+0.5V 输入电流 ±10mA二、CD4069引脚图及真值表CD4069为六反相器芯片，其引脚图如下：CD4069的真值表见表付2：付2 CD4069真值表输入输出AY0110CD4069的工作条件：推荐工作条件：电源电压 3V15V 输入电压 OVVDD极限工作条件：电源电压 -0.5V18V 输入电压 -0.5VVDD+0.5V 输入电流 ±10mA三CD4015引脚图及真值表CD4015为双4位静态移位寄存器，其引脚图如下：CD4015的状态真值表见表付3：付3 CD4015状态真值表输入输出nCPDsCRQ0Q1Q2Q31上升沿D1LD1×××2上升沿D2LD2D1×&