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有趣的人体反应速度测试电路

时间:06-13 来源:3721RD 点击:

一、电路介绍
这里介绍的人体反应速度测试器主要由4只数字电路芯片和10只LED等组成,可以测出人体对信号的反应时间,并将反应时间分为8段,段数越高反应速度越快,经常进行反应测试训练,可以逐步提高人体的反应速度。
反应测试器由开机延时、测试信号灯、时钟脉冲、减法计数、启动显示、停止控制等部分组成。下图是控制原理方框图。
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本电路主要由3种共4只CMOS数字集成电路构成。电路原理图如下图所示。IC1是四2输入端或非门电路4001,IC3、IC4是反相器4069,每个芯片内含有6个独立的反相器,具有较大的电流驱动能力,可以直接驱动发光二极管。各集成电路的引脚序号标注在原理图中,欲了解更详细的芯片特性可查阅相关资料。

其中IC2选用的是双4位静态移位寄存器4015。引脚功能如右图(略)所示。它的内部含有2组独立的4位串入一并出移位寄存器,在本电路中将两组级联使用。每组寄存器都有时钟端CLK,一个清零端RST,和串行数据输入端D。每位寄存器单元的输出端都引出,因此既可以做串行输出,又可以做并行输出。加在D端上的数据在时钟上升沿的作用下向右移位。当在清零端RST上加"1"时,则寄存器内全部为零。在本电路中将两组寄存器级联使用。4015的真值表见下表。

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二.电路的工作过程

电源开关K1闭合后,电源指示灯LED10点亮,之后延迟数秒,测试信号灯LED1点亮,减法计数器电路在时钟脉冲的作用下开始递减,由LED2~LED9组成的测试显示发光管依次熄灭,在这过程中,当被测试人按下停止按钮K2时,则时钟脉冲停振,减法计数器处于保持状态,LED2一LED9的熄灭个数将记录为被测试者的反应时间。

三、电路的工作原理

由IC4E、IC4F、R16、R17、C4等组成多谐振荡器,作为时钟脉冲,其振荡周期约为212×R17×C4,按照图3中参数周期约为44rns,IC2(4015)组成8位右移寄存器,IC1B、R1、C1等组成开机延迟电路。当刚闭合电源开关K1时,IC1B的输出端为"1",在时钟脉冲的作用下,IC2的8位寄存单元迅速全为"1",几秒后,IC1B的输出端变为"0",经过IC3A、IC3B两级反向后,驱动测试信号灯LED1点亮。同时IC2的8位寄存单元将在时钟脉冲的作用下,从左到右依次变为"0",当被测试者按下停止按钮K2时,由IC1C、IC1D组成的RS触发器置"O",使IC4E、IC4F停振,IC2处于保持状态,结果通过IC3C~IC4D驱动发光二极管显示。这里的IC1A的作用是只有当测试信号灯LED1点亮后,按下停止按钮K2才能有效。提前按下K2无效。
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四、制作过程

这款测试器的全套元件照片如下图(略)所示。元件清单见下表。建议在装配前,先比照元件清单逐一检查一下元件参数、数量等是否一致。无误后即可开始装配。焊接元件的顺序原则上遵循先矮后高、先小后大。

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下图是元件位置安装图。从正面看集成电路芯片,有半圆缺口的一边朝左,按照印板上的标识,分别将芯片插在印板上。建议焊接顺序为:
(1)焊装电阻、跨接线(J1~J6)、二极管1N4148。
(2)焊装瓷片电容、电解电容、开关、按钮。
(3)焊装10只LED。

(4)将4只CMOS集成电路芯片焊上。
(5)全部完成后,仔细检查一下各个焊点是否牢靠,不要存在短路、断路的现象。必要时可以把板子朝着光亮,查看焊接情况。
确定无误后把电池引线焊上。注意区分正负极引线。然后装入4节5号电池即可通电测试。
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五、焊装注意事项

焊接CMOS数字集成电路时要注意,电烙铁要可靠接地,或者拔下电源插头用余热焊接,防止感应静电击穿CMOS芯片。印制板上共有6根跨接线,分别用J1一J6表示,可用剪下的多余元件引脚线来焊装。发光二极管引脚较长的一极是正极,外圆带有~小段直线段的是负极,可按照印板上的字符标识安装。1N4148二极管管身带有黑色环的一端是负极。C1、C5是电解电容,引脚较短的一端是负极,外皮上一般也有"-"号标识。电池盒的引线按照印板标识的"+"、"-"极性正确连接,切勿接反。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。

六、通电测试

全面检查完毕后,就可以接上电池进行测试了。
闭合电源开关K1,发光二极管LED10点亮,表明电源已接通,紧接着LED2~LED9被迅速点亮,延迟几秒后,LED1点亮,表示测试开始,LED2~LEE)9迅速依次熄灭。此时按下停止按钮K2,则LED2~LED9立即停止熄灭,保留状态。由于多谐振荡器的周期大约为44ms,因此通过计算LED2~LED9的熄灭个数,可以推算出被测试人的反应速度,例如按下停止按钮后,LED2一LED5共4只LED熄灭,那么被测试人的反应速度为44ms×4=176ms,即0.176s。如果电路工作不正常,请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。
实际上通过改变R17或C4的参数,可以调整多谐振荡器的频率,即可改变测试速度,已增加或降低测试难度。改变R1、C1的参数可以改变通电后,测试延迟开始的时间,让被测试者不好掌握测试规律,提高测试的准确性和趣昧性。当需要进行第二次测试时,先将电源开关K1关闭数秒钟后,再接通,进行新的测试。

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