反应速度测试器

1、反应速度测试器琼州学院本科生课程设计数字电子技术课程设计设计题目：人体反应速度测试器设计专业：电子信息科学与技术班级：2011级学生姓名：程宇学号：11214050指导教师：郑泽龙老师，高级实验师,2012年12月12日人体反应速度测试器的设计程宇（琼州学院电子信息工程学院，海南三亚572022）摘要：本文介绍的这款制作电路是学习数字电路基础知识的理想器材，具有制作简单，成功率高，趣味性强等特点，通过对本电路的设计和安装调试提高了我们对数字电路理论的理解，特别是提升了我们实践动手能力。实验电路包括了脉冲电路和数字逻辑电路，并要求我们安装和焊接元器件，完成电路调试。通过对实验电路的搭接与实验结果

2、的分析，强化了我们对数字电路应用的理解和动手能力的培养。关键词：脉冲电路；数字逻辑电路；反应速度1、设计任务闭合电源开关，电源指示灯VD10点亮，一个减法计数器电路在时钟的作用下控制由VD2,VD9组成的测试信号灯依次点亮。再延迟几秒后，测试信号灯VD1点亮，表示测试开始，减法计数器电路在时钟脉冲的作用下依次递减，由控VD2,VD9&成的测试信号灯依次熄灭，在此过程中，当被测试人按下停止按制钮时，一个双稳态电路被触发，它控制时钟电路停振，减法计数器处于保持状态。VD2,VD9勺熄灭个数将记录为被测试者的反应速度2、电路设计(1)电路方框图如图1开机延时=y减法运算=驱动显示停匕控制时仲

3、林冲图1(2)开机延时电路原理如图2所示，按下开启按钮K1,电源接通，指示灯LED10被点亮，显示电路接通。由于电容两端电压不能突变，所以C1上电压仍为0,或非门IC1B输出1,指示灯LED1不亮。但VC3通过R1对C1充电，使得C1上电压升高，当C1上电压开到大于CMOS的阈值电压时，或非门IC1B输出发生翻转，由高变低，经两级反相门时间延迟后，使发光二极管LED1点亮，表示测试开始图2(3)减法电路原理CD4015为一个4位用入并出的移位寄存器，为实现8位数串入并出，可将两片CD4015级联，即第1片的第4位输出接第2片的串行输入。电源接通时，或非门IC1B输出1,该高电平信号从IC2B的

4、D端串行输入，在时钟作用下，使IC2B输出Q0Q1Q2Q依次变为“1”，Q3接IC2A的D端，所以IC2A的输出Q0Q1Q2Q腋次变为“1”。当测试开始，或非门CD4001(IC1B)输出“0”，该低电平又从移位寄存器用行输入端输入，使移位寄存器输出依次变成“0”。(4)驱动显示电路原理移位寄存器的8位输出分别经8个CD4069构成的反相器驱动LE2,LED9共8只发光二极管发光。电源接通时，移位寄存器输出1,反相后为0,对应二极管导通，LED2,LED9被依次点亮。当测试开始，移位寄存器输出变为0,反相后为1,控制对应发光二极管截止，LED2,LED9依次熄灭。(5)停止控制电路原理该部分电

5、路最主要的是由2个或非门IC1C和IC1D构成的RS触发器，输入为高电平有效。当R="1"，S="0”时，触发器置0。当R="0"，S="1”时，触发器置1当R="1"，S="1”时，触发器状态保持不变。当R="0”，S="0”时，触发器状态不定，应避免这种输入出现。在本电路中，按下停止按钮3K2前，电源VCCS过R12对C2充电，使C2上电压为高电平。该高电平使IC1A(或非门)输出“0”。同理IC1C输入为“1”，反相后输出为“0”，IC1D的两个输入均为“0”，控制由IC1D和I

6、C1C构成的RS触发器输出“1”，与之相连的二极管IN4148截止。多谐振荡器正常工作，为移位寄存器提供时钟脉冲。电路工作过程中，即使IC1C的输入变为“0”，但双加I态电路IC1D输出端仍能保证输出“1”。按下K2后，电容C2放电，使IC1A(或非门)一输入端信号为“0”(另一输入接IC1B输出端，也为“0”),则IC1A输出“1"，控制RS触发器IC1D输出“0”。该低电平使二极管IN4148导通，多谐振荡器因接低而导致停振。移位寄存器没有时钟信号触发，状态保持不变。LED2,LED9停止熄灭，保留当时的状态。(6)多谐振荡器原理该电路中时钟脉冲由施密特反相器构成的多谐振荡器产生

7、，如图3所示。图3将施密特的反相输出端经RC积分电路接回输入端，即可构成多谐振荡器，如图3所示。当接通电源以后，因为CD40106输入引脚上接的电容的初始电压为零,所以CD40106的输出为高电平，并且开始通过电阻R向电容C充电。当充到输入电压为V1=VT+时，CD40106的输出跳变为低电平，电容C又经过电阻R开始放电。当放电至Vi=VT,时，输出电位又跳变成高电平，电容C重新开始充电。如此周而复始，电路便不停地振荡。4Vi和Vo的电压波形如图4所示图4I-|T=7；+7；=，死山产一产十Rr'ln-1一11ini*r1-ILwnnt*rt-在以上设计的震荡电路中：VDD=3V,R=

8、1MQ,VT+=2.16V,VT-=0.84V,C=16nF,3,0.842.16,6,61010T=乂0.33乂乂ln（乂）=0.0313,2.160.84所以本设计中振荡电路的周期应该是31ms。（7）总体电路原理在电路中，IC4（施密特反相器CD40106）、R15C4等组成多谐振荡器，输出周期为62ms的时钟脉冲。IC2（移位寄存器4015）组成8位右移寄存器，IC1（或非门CD4001）组成的开机延迟电路的输出信号作为其串行输入数据。闭合电源开关K1,由于IC1B输出为“1”，在时钟脉冲作用下，IC4的8位寄存单元迅速全为“1"，控制LED2,LED9指示灯依次点亮；3,4

9、s后，IC1B输出变为“0”，经过IC3（反相器4069）2级反相后，测试信号灯LED1点亮，表示测试开始。IC2的8位寄存单元将在时钟脉冲作用下从左至右依次变为“0”，直至被测试者按下停止按钮K2,将IC1（或非门4001）组成的RS触发器置“0”，使多谐振荡器停振，IC2处于保持状态，其结果通过驱动电路IC3C,IC4D驱动发光二极LED2,LED9显示。IC1A的作用是使停止按钮K2只有在测试信号灯LED1亮后（即开始测试）才起作用，提前按下无效。3、电路仿真与分析（1）采用EDA仿真软件Multisim10对反应速度测试器电路进行仿真分析、调中多谐振荡器图5当输入如下图6的三角波时：图

10、6对应的输出波形图如下图7:jnebawCianhtiBOmh«!9"叫的haceto"|saitegasateF¥/PfiSoa1r5"jjpXportiE也pifivMani卜寸明？（6忖p?所闻晒刷I_*c_b_Jk_koJk-|r整体电路仿真电路如图8:图84、电路安装与调试7(1)正确识别和安装所用元器件。注意集成芯片的安装方向，色环电阻的阻值识别，发光二极管的正负极的判定，半导体二极管的正负极的判定，电解电容的正负极的辨别等。(2)在做好的印制板上安装和焊接元器件，焊装注意如下事件：一、焊接CMO数字集成电路时要注意，电烙铁要可靠接

11、地，或者拔下电源插头用余热焊接，防止感应静电击穿CMO修片。二、印制板上共有6根跨接线，分别用J1J6表示，可用剪下的多余元件引脚线来焊装。三、发光二极管引脚较长的一极是正极，外圆带有一小段直线段的是负极，可按照印板上的字符标识安装。四、IN4148二极管管身带有黑色环的一端是负极。C1、C5是电解电容，引脚”号标识。较短的一端是负极，外皮上一般也有“一五、电池盒的引线按照印板标识的“+”、“-”极性正确连接，切勿接反。六、全部元件焊装完毕后，还耍仔细检查一下，元件是否都已正确安装，焊点是否牢固，焊盘、走线之间是否存在短路的地方，以确保装配无误。(3)全面检查完毕后，通电测试，首先闭合电源开关

12、K1,发光二极管LED10点亮，表明电源已接通，紧接着LED2,LED9t迅速点亮，延迟几秒后，LED1点亮，表示测试开始，LED2,LEE皿速依次熄灭。此时按下停止按钮K2,则LED2,LED皎即停止熄灭，保留状态。如果电路工作不正常，再仔细检查装配是否都正确，按照工作过程，比照原理图，分级分段逐级检查故障点。(4)下图9为焊接完成的实物图8图95、设计总结通过完成该实验巩固了各个单元电路的知识，并且这对我来讲相当于进行一个完整的数字系统的综合训练。这样通过自己识别元器件，亲手安装和焊接在电路板上，加强了对电路的感性认识，增强了实践经验。本实验实现的成功率高，趣味性强，让我在该实验中体验电子制作的乐趣。参考文献:1阎石主编（数字电子技术基础,M,（北京：高等教育出版社，2007,82徐丽