1、精選優質文檔-傾情為你奉上設計題目： 反應能力測試儀 系 別： 應用電子與通用技術系 班 級： 學生姓名： 指導教師： 成 績：_ _ 年 月 日專心-專注-專業課 程 設 計 任 務 書課程設計題目反應能力測試儀功能技術指標1.開機時由8只發光二極管組成的顯示電路全亮。2.由測試燈亮到按動停止鍵兩者之間的時間長短判別人的反應速度。3.8支發光二極管點亮得越多，代表測試者反應能力越強，每熄滅一個所代表的時間為50ms。工作量適中工作計劃6月24日分析題目的要求查找和分析參考資料；6月24日26日畫出電路原理圖、分析電路原理圖,列出元器件表；6月27日-購買元器件；6月2729日安裝電路；6月3

2、0日7月6日電路調試,上交電路；7月77月10日撰寫課程設計說明書；7月11日繪制圖紙，準備答辯；7月12日答辯。指導教師評語 年 月 日目錄第一章 緒論1.1 選題目的反應速度是速度素質的一種表現形式，指人體對各種刺激發生反應的快慢。它以神經過程，反應時為基礎，反應時短，反應速度快；反應時長，反應速度慢。反應速度因人而異，卻是某些職業的重要指標之一，如汽車司機、飛行員、宇航員和運動員等職業。因此對反應速度的測試是一項非常有實用意義的工作，它不僅可以測試出一個人的真實反應速度還可以輔助訓練一個人的反應能力。本次設計就是利用電子技術來設計一個能夠測試人的反應速度的儀器，該儀器主要包括時鐘脈沖發生

3、電路、減法計數器電路、顯示電路，停控電路等。1.2 設計要求1.2.1 設計題目和設計功能本次設計題目為反應速度測試儀，主要設計功能為：開機時由8只發光二極管組成的顯示電路全亮。待測試燈亮后，8支點亮的發光二極管每隔50ms左右，熄滅一個。被測試人按動停止鍵后，發光二極管停留在當前狀態不變，通過觀察剩余點亮二極管的個數，判斷被測試人的反應速度。1.2.2設計指標：（1） 開機時由8只發光二極管組成的顯示電路全亮。（2） 由測試燈亮到按動停止鍵兩者之間的時間長短判別人的反應速度。（3） 8支發光二極管點亮得越多，代表反應能力越強，每熄滅一個所代表的時間為50ms。第二章 電路結構及工作原理2.1

4、 電路方框圖本設計的電路主要由顯示電路、測試信號燈電路、減法計數器電路、時鐘脈沖電路、啟停控電路組成。電路方框圖如圖2-1所示。圖2-1 電路方框圖2.2 時鐘脈沖發生電路時鐘脈沖發生電路的實現方法有很多種，其中RC振蕩電路結構簡單，易于實現且性能比較可靠，適合用在對時間要求不是很嚴格的電路中。本設計旨在直觀的體現反應速度，不要求呈現具體精確的時間，因此本設計的時鐘脈沖發生電路用RC振蕩電路實現。時鐘脈沖發生電路圖如圖2-2所示。當電源接通后，非門G1輸入端為0，故輸出為1；非門G2輸入為1，輸出就為0。所以電路通過R 對電容充電，當電容兩端的電壓達到非門G1的開啟電壓時，G1的輸出就跳變為0

5、，這時G2的輸出端也隨之跳變為1，第一個暫穩態結束。隨著電容通過R放電，其兩端的電壓下降至G1輸入端的截止電壓時，G1輸出電平跳變為1，G2輸出電平跳變為0。電路反復重復上述過程，就產生矩形波。圖2-2 時鐘脈沖發生電路當RsRt的時候，RC振蕩電路產生的脈沖的時鐘周期為：T=2.2Rt×Ct （公式2-1）由此我們可以得到該RC振蕩電路產生時鐘脈沖的頻率為：f=1/T （公式2-2）本電路產生的脈沖周期為：T=2.2×51×103×0.47×10-6F50ms這里的RC振蕩電路的非門由芯片CD4069提供，CD4069共有14個引腳，六個非門

6、。相關資料見附錄1。2.3 顯示電路該顯示電路主要由8只發光二極管實現，8只LED共陽極相連在電源正極上，各自串聯一個1 k的電阻和一個非門，然后連接在減數計數器的相應的引腳上。當減數計數器的引腳輸出高電平時，經非門反相后變成低電平，對應的LED點亮。如圖2-3所示。圖2-3 顯示電路發光二極管的反向擊穿電壓大約為5V，其特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻來控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：R=（E-UF）IF （公式 2-3）其中E為電源電壓，UF為發光二極管正向壓降，IF為LED的一般工作電流。2.4 測試信號燈電路測試信號燈電路結構如圖2-4組成。在該部分電路中，電解電容和電

7、阻R1組成一階RC電路，起延時作用。當電源接通時，電解電容處于充電狀態，故或非門的輸入端為低電平,LED燈滅。其充電時間常數為： =RC （公式 2-4）決定。在本電路中，一階RC延時電路的延時時間為t=1×106×2.2×10-6F=2.2s當電容充電完成后，或非門的輸入端為高電平，LDE燈亮。 圖2-4 測試信號燈電路2.5 啟停控電路如圖2-5所示為啟停控制電路圖，本電路采用了或非門CD4001芯片，CD4001是四2輸入或非門共有14個引腳，其引腳圖和功能表見附錄1。當被測人員按下停止鍵S2的時候，將或非門3、4組成的RS觸發器（其狀態真值表見表2.5.1

8、）置0，使多諧振蕩器停振，CD4015也停止了減法計數并處于保持狀態。圖2-5啟停控電路表2.5.1 或非門組成的RS觸發器狀態真值表R0101S1001Q置1置0保持不定2.6 減法計數器電路減法計數器電路主要是通過接收了時鐘脈沖信號的移位寄存器來實現，這里選用的移位寄存器為雙4位靜態移位寄存器CD4015，當引腳7、15、6、14為低電平的時候，移位寄存器開始在時鐘脈沖的作用下進行減法計數，對應的輸出端輸出低電平，使顯示電路中的相應的LED熄滅。時鐘脈沖的周期的大小決定著移位寄存器減法計數的快慢，所以在不同設計要求下時鐘脈沖的周期的確定是非常重要的。引腳3、4、5、10、2、11、12、1

9、3為減法計數器的輸出端，他們分別與顯示電路中的LED燈相連來控制LED燈的顯示狀態。當啟停控電路中的RS觸發器置1后，使得RC多諧振蕩電路的時鐘脈沖輸出端發生1/0的跳變，即產生一個下降沿，然后停止振蕩。同時因為CD4015的6腳、14腳接地即低電平，所以減法計數器就會保持當前時刻的狀態，顯示電路的顯示狀態也會保持在這一刻，這樣就可以實現對反應速度的直觀測試。關于CD4015的詳細資料見附表1。減數計數器電路如圖2-6所示。圖2-6 減數計數器電路第三章 整機工作原理反應測試儀電路圖如圖3-1所示，電路主要由時鐘脈沖發生器、減法計數器、測試信號燈電路、停控電路、顯示電路組成。非門15、16組成

10、RC振蕩電路，CD4015為雙4位靜態移位寄存器，它組成8位右移寄存器。或非門1組成延時電路，當剛開機時，或非門輸出高電平。在時鐘脈沖作用下，CD4015的8位寄存單元迅速全部轉變為高電平作為輸出，經非門5-12反相后全部變為低電平，使LED燈點亮。經過2-3秒后，或非門1輸出的電平由高電平變為低電平，非門13的輸出也由高電平變為低電平，使測試燈LED1點亮，同時CD4015的第7引腳變為低電平，在時鐘脈沖的作用下CD4015開始做減法計算，使8位寄存單元的輸出端依次從左至右變為低電平，相應的發光二極管也從左至右依次熄滅，直至被測試人按下停止鍵，將或非門3、4組成的RS觸發器置0，使VD1導通

11、，造成非門15、16組成的多諧振蕩電路停振，CD4015停止計數并保持狀態，其測試結果由發光二極管LED2-LED9被點亮的多少予以顯示。點亮的越多表示測試者的反應速度越快，反之則越慢，反應快慢是以測試者觀察到測試燈LED1亮至按下按鍵S2這二者之間時間間隔來判斷的。發光二極管LED2-LED9每熄滅一個所代表的時間約為50ms。其中或非門2的作用是只有停止按鍵S2在測試燈被點亮之后才起作用。提前按下停止按鍵S2是不起作用的。 圖 3-1 反應測試儀電路原理圖第四章 電路的組裝與調試4.1 電路的檢查電路的檢查在電子設計中是必不可少的工作，從理論上確定電路原理圖的設計沒有紕漏是設計走向成功的第

12、一步。因為即便確定電路原理圖沒有錯誤，在隨后的電路組裝工作中也肯定會遇到或多或少的問題，這些問題不同程度上影響著電路的性能。電路的檢查便是在設計轉化成成品之前，發現這些問題，找到問題根源并解決之。經過檢查，本次設計的電路原理圖并無錯誤，實物焊接的也沒有問題。4.2 電路的調試4.2.1 調試儀器本電路結構簡單，功能單一，需要調試的部分僅有時鐘脈沖周期及測試信號燈從開機到點亮的時間間隔，故測試儀器用雙蹤示波器、數字萬用表及秒表即可滿足需求。雙蹤示波器用于測量脈沖時鐘周期。經過測試，本電路中的RC振蕩電路產生的時鐘脈沖符合設計要求；萬用表用于測量各個電阻的阻值，各電容的電容，各條通路是否聯通；秒表

13、用于測算信號燈的延時時間。這次的調試沒有使用仿真軟件進行仿真調試，所有的調試工作都是在實物做出來以后，在實物板上直接進行調試。4.2.2 電路調試過程中遇到的問題電路調試過程比較順利，時鐘脈沖信號符合設計要求，各條通路也無短路的現象，各個LED燈正常工作，各芯片工作正常，但是還是不可避免地遇到了幾個問題。首先，第一個問題便是測試信號燈的點亮時間比設計之初的構想要快，設計之初這個時間打算延時三到四秒，但實物做出來之后這個時間只有兩秒多一點。經過仔細檢查發現是在做原理圖的時候計算失誤，但是就實際效果來看，這一點誤差并不影響電路主體功能的實現，這個問題就不予解決了。其次，第二個問題是顯示電路在最初電

14、路完成后顯示次序有些亂，表現為8只顯示LED燈從左往右前四個一組后點亮，后四個一組的先點亮，這樣的顯示方式不符合人的觀察習慣，不易理解。經過觀察發現是CD4015芯片中兩組4位寄存器接收時鐘脈沖信號的先后順序弄反了。隨后即對電路進行了修改，這個問題得以解決。結論本次課程設計已經結束，反應速度測試儀已經制成。該儀器集合了幾個經典的功能電路，如RC多諧振蕩電路，一階RC延時電路等。該儀器的總體工作過程是這樣的：時鐘脈沖電路提供時鐘脈沖，驅動減數計數器做減數動作，顯示電路則反映減數計數器輸出端的狀態，啟停控電路負責時鐘脈沖電路的啟動與停止，測試燈電路負責、減數計數器的數據輸入以及對啟停控電路狀態轉換

15、的輔助作用。這次的課程設計以數電知識為基礎，輔以模電、電路設計等相關專業知識。在原理層面設計的時候，用到了專業CAD設計軟件protel。在繪制紙質的圖紙時，大一所學的工程制圖起到了關鍵作用。實物制作過程也是電子電工技能的實際體現。該反應速度測試儀是一個簡單有趣但不失實用性的小設計，但美中不足的地方就是它只適用用日常生活中的半娛樂性的測試，還達不到專業化的程度，日后如有機會將會對其進行近一步地改進，使其具備更高的測試精度和更清晰的結果顯示。收獲與體會這次的課程設計是我第一次參與的實踐類活動，在此過程中積累了大量經驗。首先，在接到課程設計的題目后，本組成員一起商議，確定各自負責的部分，分工明確，

16、體現出高效的團隊合作力。通過此事，讓我更加清楚的認識到團隊合作的重要性，和自己本身能力的不足之處。其次，在原理圖的設計過程中遇到了很多專業性很強的技術問題。在解決這些問題的時候，通過詢問指導老師，查閱資料，加上自己的獨立思考最終使問題得以解決。在這個過程中，使我對自己學習的專業知識有了全新的認識，且鞏固了先前所學。在利用身邊的人、資料來解決問題的能力上有了新的突破。最后，在實物制作過程中，進一步提高了自己的焊接水平。這次的課程設計給了我很大的幫助，為日后的畢業設計積累了大量實用的經驗，使自己明白在畢業設計的時候應該先從哪一步入手，遇到問題如何解決。致謝在本次課程設計中，最應該感謝的便是我們組的

17、指導老師姜橋老師。整個設計制作過程中，姜老師全程指導，在專業知識的剖析上，電路原理圖的設計上，實物焊接、組裝、調試上都給予了極大的幫助。其次我要感謝我們組其他成員，課程設計過程中，大家分工明確，合作默契，使得工作得以順利高效地完成。參考文獻1 邱關源編. 電路基礎第5版. 北京：高等教育出版社，20062 康光華主編. 電子技術基礎. 數字部分（第五版）-北京：高等教育出版社，20063 康光華主編. 電子技術基礎. 模擬部分（第五版）-北京：高等教育出版社，20064 楊素行主編，模擬電子技術基礎簡明教程第3版-北京：高等教育出版社，2006 5 郭 宏 武國財主編. 數字電子技術及應用教程

18、第一版-北京：人民郵電出版社，2010附錄1 集成芯片功能介紹一、CD4001引腳圖及真值表CD4001為四雙輸入或非門芯片，其引腳圖如下：CD4001的真值表見表付1：付1 CD4001的真值表輸入值A輸入值B輸出值Y001010100110CD4001的工作條件：推薦工作條件：電源電壓 3V18V 輸入電壓 OVVDD極限工作條件：電源電壓 -0.5V18V 輸入電壓 -0.5VVDD+0.5V 輸入電流 ±10mA二、CD4069引腳圖及真值表CD4069為六反相器芯片，其引腳圖如下：CD4069的真值表見表付2：付2 CD4069真值表輸入輸出AY0110CD4069的工作條件：推薦工作條件：電源電壓 3V15V 輸入電壓 OVVDD極限工作條件：電源電壓 -0.5V18V 輸入電壓 -0.5VVDD+0.5V 輸入電流 ±10mA三CD4015引腳圖及真值表CD4015為雙4位靜態移位寄存器，其引腳圖如下：CD4015的狀態真值表見表付3：付3 CD4015狀態真值表輸入輸出nCPDsCRQ0Q1Q2Q31上升沿D1LD1×××2上升沿D2LD2D1×&