生理刺激反應(yīng)報告

1、鍵入文字?jǐn)?shù)電課程設(shè)計報告生理刺激反應(yīng)時間測試儀沈超通信110411090142510、八 、亠刖言本報告介紹了怎樣使用 QUARTUS進(jìn)行設(shè)計實(shí)驗(yàn)， 在設(shè)計實(shí)驗(yàn)中，使我接觸和了解了可編程技術(shù)的應(yīng)用， 在QUARTUS圖形文件編輯器中，輸入器件型號即可 調(diào)出所需器件（如4位集成數(shù)據(jù)比較器7458、十進(jìn)制 計數(shù)器7490等等），對于我這個剛學(xué)完數(shù)字電子技術(shù) 課程的學(xué)生而言使用非常方便。而且QUARTUS的基本元件庫幾乎囊括了所有中規(guī)模集成器件，使我在設(shè) 計中基本不受期間資源的限制，可以說是實(shí)現(xiàn)了自主 設(shè)計。本報告中主要涉及生理刺激反應(yīng)時間測試儀， 是一項(xiàng)比較復(fù)雜的設(shè)計實(shí)驗(yàn)，里面內(nèi)容主要分為大 部分

2、；第一部分為分頻器，為整個電路提供頻率輸出， 第二部分為隨機(jī)信號發(fā)生器，產(chǎn)生隨機(jī)信號，第三部 分為測試計時器，主要負(fù)責(zé)計時和計數(shù)，第四部分為 控制電路，主要負(fù)責(zé)整個電路的邏輯調(diào)整，此處為整 個電路的核心部分，第五部分為動態(tài)掃描器，把第三 部分產(chǎn)生的數(shù)字掃描出來，顯示在LED數(shù)碼顯示管上。關(guān)鍵字：隨機(jī)信號，測時計數(shù)，四舍五入，溢出，違例，準(zhǔn)備，開始，分頻，觸發(fā)源目錄1.1設(shè)計概念41.2設(shè)計示意圖41.3設(shè)計要求41.4設(shè)計硬件環(huán)境52設(shè)計框圖53設(shè)計電路圖及原理分析63.1隨機(jī)發(fā)生器63.2分頻器83.3測試計時器103.4動態(tài)掃描器123.5控制邏輯電路164總電路圖185電路的調(diào)試196心

3、得與體會197參考書籍201.1設(shè)計概念：生理刺激反應(yīng)時間測試儀是測量被測試者在受到 刺激后，經(jīng)過多少時間才有反應(yīng)的測試儀。人體在受 到外界聲、光信號刺激后作出反應(yīng)的時間有快有慢， 某些職業(yè)對從業(yè)人員的生理刺激反應(yīng)時間有一定的要 求。比如，短跑、跨欄運(yùn)動員的成績都精確到0.01s 本設(shè)計采用光或聲音作為刺激人眼或耳朵的觸發(fā)源， 由測試對象按鍵做出反應(yīng)。1.2設(shè)計示意圖:刺激源選擇測試開,隨機(jī)延時 始 Start l-12s發(fā)出聲光J 刺激信號、受試者按F反應(yīng)鍵， 顯示反應(yīng)時間受試者在I 999.5s 內(nèi) 未反應(yīng)' 溢出燈亮1.3設(shè)計要求：(1) 當(dāng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)后，測試儀 隨即用發(fā)光二極

4、 管或蜂鳴器發(fā)出光或聲音刺激信號（以下稱測試信 號）。（2）最大測試時間999.5ms,如大于999.5ms有 溢出顯示。（3）顯示時間單位為ms為提高測量精度，測量 單位為百微妙，最低位四舍五入后顯示。（4）要有“違例"指示燈顯示。即當(dāng)測試儀未發(fā) 出測時光前，被測試者提前“反應(yīng)”的稱為“違例”。1.4設(shè)計硬件環(huán)境：測試儀的控制部分以FPG實(shí)現(xiàn)，光刺激信號由發(fā) 光二極管產(chǎn)生、聲刺激信號由蜂鳴器產(chǎn)生?！皽y試開 始”按鍵和“反應(yīng)”按鍵選擇點(diǎn)觸鍵產(chǎn)生脈沖信號， 刺激源選擇采用自鎖鍵產(chǎn)生電平信號。測量值采用3個七段LED數(shù)碼管顯示，顯示方式由FPG開發(fā)裝置決定。 設(shè)計隨機(jī)脈沖發(fā)生模塊在DE2

5、f發(fā)板或LP-900開發(fā)裝 置上實(shí)現(xiàn)。2設(shè)計框圖：根據(jù)上圖所示，總體設(shè)計的信號時序關(guān)系如下：（1）“測試開始”按鍵產(chǎn)生的start負(fù)脈沖觸發(fā) ready信號有效,控制test,weili,overflow 無效,并預(yù) 置測試計數(shù)器初值。（2）ready信號控制延時計數(shù)器開始計數(shù)，延時時 間1 2 s。當(dāng)延時時間到,delay信號有效。delay信號 等待選通模M定時計數(shù)器的溢出信號產(chǎn)生隨機(jī)脈沖random,等待時間為0Ms這樣,隨機(jī)信號random比 測 試開始！按鍵的作用時間滯后1 M+2s出現(xiàn)。（3）當(dāng)隨機(jī)脈沖random出現(xiàn)后,觸發(fā)test信號有 效并控制ready,delay信號無效。

6、test信號點(diǎn)亮"測試" 燈或控制蜂鳴器鳴響，并允許測試計數(shù)器開始計時。（4）當(dāng)“反應(yīng)”鍵按下后,產(chǎn)生response負(fù)脈沖,使test信號無效,測試計數(shù)器停止計數(shù)。(5) 若反應(yīng)時間超過999.5s,測試計數(shù)器產(chǎn)生的溢 出脈沖觸發(fā)overflow信號有效。overflow信號控制測 試計數(shù)器停止計數(shù)。(6) 若test信號無效時按下“反應(yīng)”鍵,response 脈沖觸發(fā)weili信號有效,并控制ready信號無效。 weili信號禁止隨機(jī)脈沖產(chǎn)生,test信號始終無效。3設(shè)計電路圖及原理分析:3.1隨機(jī)信號發(fā)生器VCC74161readyINPUT1J|JfcaVccDF

7、F占PRND Q4CLRN in U-OLDNABQA -CQBDQC -ENTQDENPRCO -0CLRNCLKinst5 COUNTEROR2in st10dffe 古 PR D->-ENA CLRNin ；t12 7VCDCshurui、 INPUTL / VCCVCCoutput signalAND2X)in st77490SET9ASET9BQACLRAQBCLRBQCCLKAQDCLKBinst6 COUNTERreadysignalshuru做成模塊圖:instSUIJIXINHAO隨機(jī)信號是指控制條件滿足后脈沖出現(xiàn)時間無法 確定的信號。如果以一個任意出現(xiàn)的控制電平去選通

8、 一個周期性定時出現(xiàn)的脈沖信號，由于脈沖出現(xiàn)的時 間與控制電平有效的時間沒有任何關(guān)聯(lián)，當(dāng)控制信號 有效后，在定時周期時間范圍內(nèi)會隨機(jī)出現(xiàn)選通脈沖。 偽隨機(jī)信號發(fā)生器：7490計數(shù)器上的兩個計數(shù)器級聯(lián) 后可實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計數(shù)器，在它的CLKA端輸入一個1hz 的脈沖信號，QD端輸出0.1hz脈沖信號，周期為10s， 所以脈沖信號可在每10秒發(fā)射一次。延遲新號發(fā)生器：74161可以做成一個二進(jìn)制計數(shù)器， 與兩個D觸發(fā)器和一些邏輯門構(gòu)成。按下“測試開始” 按鍵，高電平脈沖使74161使能端始終處于計數(shù)狀態(tài)， 輸入1hz脈沖信號后，74161計數(shù)到2時，通過非門 和觸發(fā)器使74161清零，只產(chǎn)生一個延時信

9、號，同時 通過另一個觸發(fā)器輸出高電平延時信號。此時，偽隨 機(jī)信號和延時信號通過與門輸出隨機(jī)信號，通過反饋 使延遲信號變?yōu)榈碗娖剑瑥亩划a(chǎn)生一個隨機(jī)信號。3.2分頻器要求：設(shè)計8級10分頻電路，將基準(zhǔn)10MHZ分頻 后輸 1MHZ,100KHZ,10KHZ,1KHZ,100HZ,10HZ,1HZ,0.1H脈鍵入文字沖信號(1) 用7490構(gòu)成5421碼輸出的十分頻電路OUTPUT QA13上圖為十分頻電路，構(gòu)成8級十分頻電路需再連接7 個十分頻10FPX-CP QAT、inst此為上圖十分頻模塊圖。(2)分頻器OUTPUT 、1/10HZ構(gòu)成模塊圖:DIV8OSC 1MHZ100KHZ10KHZ

10、1KHZ100HZ10HZ1HZ1/10HZinst3.3測試計時器電路圖在下一頁，做成的模塊圖:4X-X-X-X-RESPONSEYICHUSETD310KhzD2OND1OFFD0C3C2C1C0B3B2B1BOA3A2A1A0CESHIJISHIQIXXXTXXX-XXXXXXXXTT計時器主要由四片級聯(lián)的十進(jìn)制計數(shù)器組成，74161計數(shù)器。計時器的開始、停止、置數(shù)、清零、溢出等功能分別有一些邏輯門和 D觸發(fā)器構(gòu)成。ahci人14丄nd丄IO°R入 AI 乙Cl呷N I 0岸u乙aNVvo go oo aodi：000- U!lipraaioc jinc乙aNV094vo go

11、 oo acboy丄NDOOAvo go oo陀細(xì)丄 Nnocjai乙】SU丄n王普no£90mod乙日IlttjLa0ffilCtlncivo go oo柏丄npioo丄N31 皆2 MIOanwnu -I Izvc ® 一djnTZvo go oo a%Od柏丄nd丄n adN10 >noisuasNOdsfey丄N田曾。13Sr>-2】su!suig-=l【者兀YSI】鍵入文字圖中引腳以及實(shí)現(xiàn)的主要功能是：SET置數(shù)，與ON并聯(lián)，隨機(jī)脈沖信號產(chǎn)生后，經(jīng) 反向器后，加在低電平有效的LDN同步置數(shù)端，該實(shí) 驗(yàn)為方便四舍五入，置數(shù)為五。ON開始計時，隨機(jī)脈沖信號

12、觸發(fā)D觸發(fā)器后，使 其輸出高電平，時鐘信號可以通過與門，使 74161得 到CP信號。OFF,停止計時，“反應(yīng)”按鍵按下，脈沖信號加反 向器后，加在D觸發(fā)器的清零端，使其輸出低電平， 時鐘信號停止導(dǎo)通，74161停止計數(shù)。10KHZ脈沖信號，由分頻器提供。YICHU溢出信號，設(shè)計用一片74161來表示溢出 信號，當(dāng)?shù)谒钠嫈?shù)器滿十進(jìn)位后，當(dāng)?shù)谖迤嫈?shù)器 輸出第一個有效脈沖時，說明溢出。最低位四舍五入，本設(shè)計利用計數(shù)器的預(yù)置數(shù)功能， 在測量前將測試計數(shù)器的初始值預(yù)置為 5。這樣，測 試結(jié)束時的計數(shù)值是實(shí)際測量值加 5。當(dāng)最低位測量 值大于等于5時，必然產(chǎn)生向高位的進(jìn)位，實(shí)現(xiàn)了測 量值的四舍五入功

13、能。計數(shù)器從左向右電位依次增高，DCBA,A為高電位。3.4動態(tài)掃描器(1)七段顯示譯碼，采用 AHDL文件編輯(data-in3.,Q“6 a,£, 9)SE&INTAE-LEdata in3 0：INPUT：I output；=>af br cf df ef f F g；->lrlflrlrlrl,O;=Qfirif arorofq；AS仇¥=>lrlrQplrLrDrl；->l,lr11,0,0,1；troioo"=>0rlFl,0,0FlFl；=>lr0,lrl,0,1,1；bdllO"ifa,afo；

14、brr10CiOr*blOOl"=>lrl,lrl,0,1,1：blOlD"=>ifi,ira.i.i,i；bion11->1,0,0,01.1#0；bf,110D"50jr0r0f 1, l,lF0；=曲亠6。亠丄亠bPr111C|ir=>0flflrlf0Fl,l;w>0f 0r 0f 0, 0,0t 0;tr& TA5LE;EKP；做成模塊圖:7seg丨 datan3.0abcd e f gXTTpcXinst(2) 動態(tài)掃描器23動態(tài)掃描器框圖Q D3 4DO1 C3 I CO丄甲JBO1 A3A0CoGB AQ) t

15、C3B AC；據(jù)5選丫I Div8計數(shù)器CKCo2C3DEI QDE2?HzlOltHz分頻器oscC3B ACo數(shù)12 5七段顯示譯«碼D c B A111111Y0 Y1 Y2 Y3SiJ 2/4譯碼器11So血其中虛線內(nèi)部屬于LP-2900裝置，數(shù)據(jù)選擇器選用74153,計數(shù)器采用7490計數(shù)器，連接后用七段顯示 譯碼器連接到裝置上（分頻器由于多余去掉了，在整 體裝置中會有分頻器接入）。圖中A4 A3 A2 A1 A0為 第一塊顯示屏所顯示符號的對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)，其他同理。由于每個顯示屏需要每秒導(dǎo)通次數(shù)多于 50次時，才會 因視覺暫留效果，不會讓人感覺顯示屏在閃爍。因此， 四塊顯示

16、屏輪流導(dǎo)通則需要200HZ以上的時鐘脈沖來 控制計數(shù)器，本設(shè)計選用的1KHZ的時鐘信號。OSCD3JDPODP1DF2DP30cVCNPUCPUC 滋2C32C22C12C02gNC31C21C11COigN2C2C22C12C02gNC3C21C11COign74153153MLLTIPLEXER2Y 1Y2Y 1YJ(datadata1X data2data3IJDE2ISESECLKB-KA-RB-RfABr9A,JNTEQDQCQBQA2C32C22C12C(2gNC31C21C1 1C0|GNLTIPLEXER2Y 1YOUTPUTMULTIPLEXERT O TTPUTPJ1 TT

17、PUOdata3.O7segdata_in3.0gb a做成模塊圖：dongtaisaomiaobe d e2 10 3 DD D c321032103210ecc BB B BA AA ;2 1 ou p pp p sA D DD D ox-HXHe 心一 4X-HQ1XHXHX-HXH4XHX-HX-H4XHXHX-Hinst3.5控制邏輯電路由于接線較多，所以我把控制電路分散在整個電路 里，故而沒有單獨(dú)做出一個模塊。大致介紹一下它的主要功能：控制模塊中選擇刺激源為選通電路，在開始測試之 前選好；其他控制都為D觸發(fā)器控制。違例：當(dāng)test信號無效時按下“反應(yīng)”鍵，則response脈沖觸發(fā)

18、 weili 信號有效，并控制ready信號無效。weili信號禁止隨機(jī)脈沖產(chǎn)生,test信號始終無效溢出：設(shè)計用一片74161來表示溢出信號，當(dāng)?shù)?四片計數(shù)器滿十進(jìn)位后，當(dāng)?shù)谖迤嫈?shù)器輸出第一個 有效脈沖時，通過一個D觸發(fā)器輸出高電平時溢出燈 亮。隨機(jī)信號：觸發(fā)test信號有效并控制 ready,delay信號無效。test信號點(diǎn)亮“測試”燈或 控制蜂鳴器鳴響，并允許測試計數(shù)器開始計時。準(zhǔn)備：ready信號控制延時計數(shù)器開始計數(shù)，延時 時間1 2 s。當(dāng)延時時間到,delay信號有效。具體介 紹在隨機(jī)信號如何產(chǎn)生之中有詳細(xì)介紹。當(dāng)反應(yīng)鍵按下之后，產(chǎn)生 response負(fù)脈沖,使 test信號

19、無效，測試計數(shù)器停止計數(shù)。其他燈也被分 配低電平不會亮。上述所說皆在總電路圖中有所體現(xiàn)4總電路圖OSC25inst鍵入文字PUTinst4OOSC1/1OHZIOHWOHZHOKHOOKMHL1 IN 124rCriSTARTOJTPUTV8LUVCCPUT141shuruadyIJIXINHAOVCCD2OUTPUT1 CLRNJPIIQVCCCRnDFOlTPUTust35:E；HILIGHTPIN-8cinPUCCQnst150 CLRNPRNiDdOFf°N SET10Khzsig naPIN 47VCCCESHIYUANIVCCYICHU LIGTHPUTOR2OUTPUT:READY_LIGHTRESlOSHIJISHIQIFANYINGPIN 11OUTOUT OUTEO1TOUTPUTA0 A1 A2 A3 BO B1 B2 B3 C0 C1 C2 C3 D0 D1 D2 D3YICHgndJVCCPIN 126WEILIVIGH TGH TWELn3HLlGHT1instOosDPQPQPQPAO A1 A2 A3 BO