有趣的人體反應速度測試電路

一、電路介紹

這里介紹的人體反應速度測試器主要由4只數字電路芯片和10只LED等組成，可以測出人體對信號的反應時(shí)間，并將反應時(shí)間分為8段，段數越高反應速度越快，經(jīng)常進(jìn)行反應測試訓練，可以逐步提高人體的反應速度。

反應測試器由開(kāi)機延時(shí)、測試信號燈、時(shí)鐘脈沖、減法計數、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數字集成電路構成。電路原理圖如下圖所示。IC1是四2輸入端或非門(mén)電路4001，IC3、IC4是反相器4069，每個(gè)芯片內含有6個(gè)獨立的反相器，具有較大的電流驅動(dòng)能力，可以直接驅動(dòng)發(fā)光二極管。各集成電路的引腳序號標注在原理圖中，欲了解更詳細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。它的內部含有2組獨立的4位串入一并出移位寄存器，在本電路中將兩組級聯(lián)使用。每組寄存器都有時(shí)鐘端CLK，一個(gè)清零端RST，和串行數據輸入端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端上的數據在時(shí)鐘上升沿的作用下向右移位。當在清零端RST上加“1”時(shí)，則寄存器內全部為零。在本電路中將兩組寄存器級聯(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，之后延遲數秒，測試信號燈LED1點(diǎn)亮，減法計數器電路在時(shí)鐘脈沖的作用下開(kāi)始遞減，由LED2～LED9組成的測試顯示發(fā)光管依次熄滅，在這過(guò)程中，當被測試人按下停止按鈕K2時(shí)，則時(shí)鐘脈沖停振，減法計數器處于保持狀態(tài)，LED2一LED9的熄滅個(gè)數將記錄為被測試者的反應時(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，按照圖3中參數周期約為44rns，IC2(4015)組成8位右移寄存器，IC1B、R1、C1等組成開(kāi)機延遲電路。當剛閉合電源開(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兩級反向后，驅動(dòng)測試信號燈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”，當被測試者按下停止按鈕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)，結果通過(guò)IC3C～IC4D驅動(dòng)發(fā)光二極管顯示。這里的IC1A的作用是只有當測試信號燈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、數量等是否一致。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，按照印板上的標識，分別將芯片插在印板上。建議焊接順序為：

(1)焊裝電阻、跨接線(xiàn)(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，仔細檢查一下各個(gè)焊點(diǎn)是否牢靠，不要存在短路、斷路的現象。必要時(shí)可以把板子朝著(zhù)光亮，查看焊接情況。

確定無(wú)誤后把電池引線(xiàn)焊上。注意區分正負極引線(xiàn)。然后裝入4節5號電池即可通電測試。

元件位置安裝圖

五、焊裝注意事項

焊接CMOS數字集成電路時(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，防止感應靜電擊穿CMOS芯片。印制板上共有6根跨接線(xiàn)，分別用J1一J6表示，可用剪下的多余元件引腳線(xiàn)來(lái)焊裝。發(fā)光二極管引腳較長(cháng)的一極是正極，外圓帶有～小段直線(xiàn)段的是負極，可按照印板上的字符標識安裝。1N4148二極管管身帶有黑色環(huán)的一端是負極。C1、C5是電解電容，引腳較短的一端是負極，外皮上一般也有“—”號標識。電池盒的引線(xiàn)按照印板標識的“+”、“-”極性正確連接，切勿接反。全部元件焊裝完畢后，還耍仔細檢查一下，元件是否都已正確安裝，焊點(diǎn)是否牢固，焊盤(pán)、走線(xiàn)之間是否存在短路的地方，以確保裝配無(wú)誤。

六、通電測試

全面檢查完畢后，就可以接上電池進(jìn)行測試了。

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(zhù)LED2～LED9被迅速點(diǎn)亮，延遲幾秒后，LED1點(diǎn)亮，表示測試開(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)計算LED2～LED9的熄滅個(gè)數，可以推算出被測試人的反應速度，例如按下停止按鈕后，LED2一LED5共4只LED熄滅，那么被測試人的反應速度為44ms×4=176ms，即0.176s。如果電路工作不正常，請再仔細檢查裝配是否都正確，按照工作過(guò)程，比照原理圖，分級分段逐級檢查故障點(diǎn)。