有趣的人体反应速度测试电路

有趣的人体反应速度测试电路,Reaction teSTor

作者：王晓鹏 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。
　　
　　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。 输入 输出 功能 CLK   D  RST  Q0  Q1 Q2  Q3 × × H  L  L  L  L 清除 ↓ × L Q0n Q1n Q2n Q3n 保持 ↑ L L L Q0n Q1n Q2n 右移 ↑ H L H Q0n Q1n Q2n   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。 　　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。 标号 参数 标号 参数 R1、R15、R16 1M IC1 4001 R2一R11 470 IC2 4015 R13、R14  10k  IC3、IC4 4069 R17 200k K1 波段开关 C1、C5 4.7 K2 微动开关 C2、C3、C4 0.1 μ 电池盒 1个 LED1～LED10  3mm红色 印板 1块 D2 1N4148         　　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。 　　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。