人体反应测试器

人体反应速度测试器

设计人：戴烈强

一、课题背景

速度素质是指人体进行快速运动的能力，即在单位时间内迅速完成某一动作或通过某一距离的能力。它包括反应速度，动作速度和周期性运动的位移速度。反应速度是速度素质中的一个重要的部分，反应速度是指人体对刺激发生反应的快慢。从生理机制分析，反应快慢取决于“反射弧”的五个环节：感受器——传入神经——中枢严格——传出神经——效应器。反应速度通常用“从刺激到开始发生反应的时间”,即反应时来衡量。目前，国内外常用反应时指标研究运动员的机能状态及心理活动过程。反应速度是人类的基本生理素质之一。

二、设计要求

本设计电路是数字电路的系列套件中的一款，具有制作比较简单、成功率高、趣味性强等特点，是学习数字电路基础知识的理想器材。设计一个人体反应速度测试器。需知道以下几点：

1、熟悉电路的工作原理。

2、掌握该电路中元器件的识别方法。

3、掌握电路的调试方法。

4、熟悉电路简单的故障分析方法。

5、论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。

6、详细说明设计方案，并计算元件参数。

7、通过自己动手组装本款套件，对于学习数字电路的基本知识，掌握数字电路的工作原理都有着非常积极的作用。

三、主要内容

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。

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。

4015的真值表

IC2选用的是双4位静态移位寄存器4015

四、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。

五、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。

原理图的工作原理

八、项目进度安排

项目进度两个星期完成制作，一个星期完成调试与正常工作。

九、预期的经济、社会效益分析及成果应用、产业化衔接情况

产品制作成本低，项目投资充足，经济效益好，成果所带来的利益高。

十、项目负责人及主要成员简介：

电子系技能工作室首席指导老师姜强军老师，主要成员有戴烈强

等工作室学员。