有趣的人體反應(yīng)速度測(cè)試電路

一、電路介紹

這里介紹的人體反應(yīng)速度測(cè)試器主要由4只數(shù)字電路芯片和10只LED等組成，可以測(cè)出人體對(duì)信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間，并將反應(yīng)時(shí)間分為8段，段數(shù)越高反應(yīng)速度越快，經(jīng)常進(jìn)行反應(yīng)測(cè)試訓(xùn)練，可以逐步提高人體的反應(yīng)速度。

反應(yīng)測(cè)試器由開(kāi)機(jī)延時(shí)、測(cè)試信號(hào)燈、時(shí)鐘脈沖、減法計(jì)數(shù)、啟動(dòng)顯示、停止控制等部分組成。下圖是控制原理方框圖。

控制原理方框圖

本電路主要由3種共4只CMOS數(shù)字集成電路構(gòu)成。電路原理圖如下圖所示。IC1是四2輸入端或非門電路4001，IC3、IC4是反相器4069，每個(gè)芯片內(nèi)含有6個(gè)獨(dú)立的反相器，具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。各集成電路的引腳序號(hào)標(biāo)注在原理圖中，欲了解更詳細(xì)的芯片特性可查閱相關(guān)資料。

其中IC2選用的是雙4位靜態(tài)移位寄存器4015。引腳功能如右圖(略)所示。它的內(nèi)部含有2組獨(dú)立的4位串入一并出移位寄存器，在本電路中將兩組級(jí)聯(lián)使用。每組寄存器都有時(shí)鐘端CLK，一個(gè)清零端RST，和串行數(shù)據(jù)輸入端D。每位寄存器單元的輸出端都引出，因此既可以做串行輸出，又可以做并行輸出。加在D端上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿的作用下向右移位。當(dāng)在清零端RST上加“1”時(shí)，則寄存器內(nèi)全部為零。在本電路中將兩組寄存器級(jí)聯(lián)使用。4015的真值表見(jiàn)下表。

4015的真值表

IC2選用的是雙4位靜態(tài)移位寄存器4015

二.電路的工作過(guò)程

電源開(kāi)關(guān)K1閉合后，電源指示燈LED10點(diǎn)亮，之后延遲數(shù)秒，測(cè)試信號(hào)燈LED1點(diǎn)亮，減法計(jì)數(shù)器電路在時(shí)鐘脈沖的作用下開(kāi)始遞減，由LED2～LED9組成的測(cè)試顯示發(fā)光管依次熄滅，在這過(guò)程中，當(dāng)被測(cè)試人按下停止按鈕K2時(shí)，則時(shí)鐘脈沖停振，減法計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，LED2一LED9的熄滅個(gè)數(shù)將記錄為被測(cè)試者的反應(yīng)時(shí)間。

三、電路的工作原理

由IC4E、IC4F、R16、R17、C4等組成多諧振蕩器，作為時(shí)鐘脈沖，其振蕩周期約為212×R17×C4，按照?qǐng)D3中參數(shù)周期約為44rns，IC2(4015)組成8位右移寄存器，IC1B、R1、C1等組成開(kāi)機(jī)延遲電路。當(dāng)剛閉合電源開(kāi)關(guān)K1時(shí)，IC1B的輸出端為“1”，在時(shí)鐘脈沖的作用下，IC2的8位寄存單元迅速全為“1”，幾秒后，IC1B的輸出端變?yōu)?ldquo;0”，經(jīng)過(guò)IC3A、IC3B兩級(jí)反向后，驅(qū)動(dòng)測(cè)試信號(hào)燈LED1點(diǎn)亮。同時(shí)IC2的8位寄存單元將在時(shí)鐘脈沖的作用下，從左到右依次變?yōu)?ldquo;0”，當(dāng)被測(cè)試者按下停止按鈕K2時(shí)，由IC1C、IC1D組成的RS觸發(fā)器置“O”，使IC4E、IC4F停振，IC2處于保持狀態(tài)，結(jié)果通過(guò)IC3C～I(xiàn)C4D驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示。這里的IC1A的作用是只有當(dāng)測(cè)試信號(hào)燈LED1點(diǎn)亮后，按下停止按鈕K2才能有效。提前按下K2無(wú)效。

電路的工作原理

四、制作過(guò)程

這款測(cè)試器的全套元件照片如下圖(略)所示。元件清單見(jiàn)下表。建議在裝配前，先比照元件清單逐一檢查一下元件參數(shù)、數(shù)量等是否一致。無(wú)誤后即可開(kāi)始裝配。焊接元件的順序原則上遵循先矮后高、先小后大。

測(cè)試器的全套元件

下圖是元件位置安裝圖。從正面看集成電路芯片，有半圓缺口的一邊朝左，按照印板上的標(biāo)識(shí)，分別將芯片插在印板上。建議焊接順序?yàn)椋?/p>

(1)焊裝電阻、跨接線(J1～J6)、二極管1N4148。

(2)焊裝瓷片電容、電解電容、開(kāi)關(guān)、按鈕。

(3)焊裝10只LED。

(4)將4只CMOS集成電路芯片焊上。

(5)全部完成后，仔細(xì)檢查一下各個(gè)焊點(diǎn)是否牢靠，不要存在短路、斷路的現(xiàn)象。必要時(shí)可以把板子朝著光亮，查看焊接情況。

確定無(wú)誤后把電池引線焊上。注意區(qū)分正負(fù)極引線。然后裝入4節(jié)5號(hào)電池即可通電測(cè)試。

元件位置安裝圖

五、焊裝注意事項(xiàng)

焊接CMOS數(shù)字集成電路時(shí)要注意，電烙鐵要可靠接地，或者拔下電源插頭用余熱焊接，防止感應(yīng)靜電擊穿CMOS芯片。印制板上共有6根跨接線，分別用J1一J6表示，可用剪下的多余元件引腳線來(lái)焊裝。發(fā)光二極管引腳較長(zhǎng)的一極是正極，外圓帶有～小段直線段的是負(fù)極，可按照印板上的字符標(biāo)識(shí)安裝。1N4148二極管管身帶有黑色環(huán)的一端是負(fù)極。C1、C5是電解電容，引腳較短的一端是負(fù)極，外皮上一般也有“—”號(hào)標(biāo)識(shí)。電池盒的引線按照印板標(biāo)識(shí)的“+”、“-”極性正確連接，切勿接反。全部元件焊裝完畢后，還耍仔細(xì)檢查一下，元件是否都已正確安裝，焊點(diǎn)是否牢固，焊盤、走線之間是否存在短路的地方，以確保裝配無(wú)誤。

六、通電測(cè)試

全面檢查完畢后，就可以接上電池進(jìn)行測(cè)試了。

閉合電源開(kāi)關(guān)K1，發(fā)光二極管LED10點(diǎn)亮，表明電源已接通，緊接著LED2～LED9被迅速點(diǎn)亮，延遲幾秒后，LED1點(diǎn)亮，表示測(cè)試開(kāi)始，LED2～LEE)9迅速依次熄滅。此時(shí)按下停止按鈕K2，則LED2～LED9立即停止熄滅，保留狀態(tài)。由于多諧振蕩器的周期大約為44ms，因此通過(guò)計(jì)算LED2～LED9的熄滅個(gè)數(shù)，可以推算出被測(cè)試人的反應(yīng)速度，例如按下停止按鈕后，LED2一LED5共4只LED熄滅，那么被測(cè)試人的反應(yīng)速度為44ms×4=176ms，即0.176s。如果電路工作不正常，請(qǐng)?jiān)僮屑?xì)檢查裝配是否都正確，按照工作過(guò)程，比照原理圖，分級(jí)分段逐級(jí)檢查故障點(diǎn)。