五、反應測試器的設(shè)計與仿真

五、反應測試器

的設(shè)計與仿真廣東技術(shù)師范學院自動化系04級本科測控技術(shù)與儀器專業(yè)組員

25號任惠玲

26號蘇廣朝

27號翟惠玲

28號周競游

29號陳詒燕

演示翟惠玲前言

人們對事物或信號的反應速度有快有慢，我們組所選做的“反應測試器”可以測出您對信號的反應速度。測試器中將反應速度分為九段用LED光柱顯示，反應速度越快段數(shù)越高。反應速度最快者為9段（反應時間在50ms以內(nèi)），反應速度最慢者為1段（反應時間超過800ms）。人從接受信號到作出反應的時間一般在0.15秒左右，也就是本測試器5～7段指示的范圍，經(jīng)常進行反應測試訓練，可以逐步提高您的反應速度。

一實驗設(shè)計目的

運用掌握的知識和能力，設(shè)計出所要求的器件，鍛煉大學生的獨自思考能力與動手實踐能力（利用仿真完成），奠定自身的基礎(chǔ)、能力與素質(zhì)。

二實驗設(shè)計要求及原理

反應測試器由開機延遲電路、測試信號燈、時鐘振蕩器、移位寄存器、驅(qū)動電路、LED顯示光柱、測試按鈕和控制電路等部分組成。其工作原理是：開機時延遲數(shù)秒后，測試信號燈亮，同時移位寄存器在時鐘脈沖的作用下開始移位，用以控制LED光柱逐步縮短。當被測試人按下測試按鈕時，時鐘振蕩器停振，移位寄存器便處于保持狀態(tài)，在LED光柱顯示出結(jié)果（以1～9段的的形式顯示）。電路原理圖如下圖所示。實驗設(shè)計內(nèi)容

――全電路設(shè)計好的仿真電路圖如右圖所示，為免于電路的過于復雜，使一部分的電路生成子電路，它們分別有組件、寄存器和振蕩器。后面會分別逐一講述電路、子電路的設(shè)計及作用。開機延遲電路振蕩器子電路寄存器子電路組件子電路控制電路仿真測試結(jié)論實驗設(shè)計內(nèi)容

――開機延遲電路

開機延遲電路由D1、R1、C1等組成。剛合上總開關(guān)時，電容C1開始充電，其正極端電位由0開始上升，故或非門D1輸出為高電平“1”，使寄存器的8位寄存單元在時鐘脈沖CP的作用下迅速存為高電平“1”狀態(tài)。在大約幾秒后由于電容C1的充電使其正極端轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娢?，使或非門D1輸出為低電平“0”，并且同時使到：

①：非門D12輸出端由“1”變?yōu)椤?”，使信號測試燈點亮（LED光柱的最下面一個燈格就是信號測試燈）。

②：寄存器的串行輸入端變?yōu)椤?”，在CP的作用下寄存器的8位寄存單元逐一被置零，反映到LED光柱就是燈格從上到下逐一熄滅。

③：或非門D2被開啟，D2的作用是使測試按鈕S2只有在測試信號燈點亮后才起作用，故提前按下測試按鈕是無效的，燈柱依然會逐一熄滅。

實驗設(shè)計內(nèi)容

――振蕩器子電路時鐘振蕩器是由555定時器構(gòu)成，如圖6所示。順序調(diào)節(jié)Rw1可改變振蕩頻率，再調(diào)節(jié)Rw1即可改變占空比而不影響到已調(diào)好的頻率。本次實驗將頻率調(diào)至20Hz，即周期為50ms，占空比為50％即可，波形圖如下頁圖所示。實驗設(shè)計內(nèi)容

――振蕩器子電路由虛擬示波器觀察到的時鐘振蕩器波形圖，可見周期已調(diào)節(jié)到50ms實驗設(shè)計內(nèi)容

――寄存器子電路寄存器使用CD4015雙4位串入／并出移位寄存器，只可單向右移，其邏輯功能表如下圖所示，Cr為清零，對應右圖MR端。本電路將兩組移存器級聯(lián)成8位右移寄存器使用，如右圖所示，其中10個輸出端的位置與寄存器子電路輸出端一一對應。左端由上至下的輸出端依次由O0B～O3B、O0A～O4A端引出，以O(shè)3B作為第二級的串行輸入數(shù)據(jù)，形成級聯(lián)。兩級清零端MR均接到低電平，CP端均引到右下輸出端，DB端引到左下輸出端接收外部數(shù)據(jù)。實驗設(shè)計內(nèi)容

――組件子電路電路中的組件子電路內(nèi)部是由電阻和非門組成的普通電路，如右圖所示。因為電路中LED光柱的左端是高電位，故另一端必須為低電位才能使光柱發(fā)光。所以在與寄存器輸出端相連接的一方接入非門，使由寄存器輸出的高電平轉(zhuǎn)為低電平。從下圖可以看到LED光柱倒數(shù)第二個燈格從合上總開關(guān)（開機）起就是一直亮的了，用以表示反應測試的最低一級，上面燈格依次標示2～9級。

實驗設(shè)計內(nèi)容

――控制電路時鐘振蕩器受RS觸發(fā)器的控制，而RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)（Q端）又受到測試按鈕控制信號和開機置位信號的控制。剛開機時，C3（迅速充電）、R15組成的置位電路將RS觸發(fā)器置位（波形如下圖，紅色為S端，黑色為振蕩器輸出端），使S＝“1”，由于R＝“0”，所以輸出Q＝“1”，使時鐘振蕩器起振；隨電壓的下降，使S＝“0”，利用RS端00的不定性，當RS由01變?yōu)?0時，輸出Q端依然保持為“1”，故時鐘振蕩器仍會繼續(xù)振蕩。當測試按鈕被按下時（測試信號燈點亮后），使D2的輸入端為00，輸出為“1”，就使觸發(fā)器R端置“1”，觸發(fā)器輸入變?yōu)?0，令輸出Q＝“0”，使時鐘振蕩器停振，則移位寄存器數(shù)據(jù)被鎖存，LED光柱便會停止熄滅，即可指示出您從測試信號燈點亮起到按下測試按鈕的時間等級了。

四仿真測試結(jié)論仿真電路完成后，在EWB中進行仿真測試。首次合上總開關(guān)后，LED光柱由上而下逐一亮起，反映出寄存器單元的數(shù)據(jù)逐一被置位、移動，其工作正常。大約4～5秒后，測試信號燈才亮起，同時光柱燈格由上而下逐個熄滅，此時按下測試按鈕，光柱立即停止熄滅，可見各控制電路工作正常。在重復測試時，先把測試按鈕斷開，斷開總開關(guān)的時間長就能使電路中的電容放電完全。在電容C1未放電完全時進行測試，則測試信號燈點亮的時間也會有所不同（縮短），能有效鍛煉反應能力。