五、反应测试器的设计与仿真

五、反应测试器

的设计与仿真广东技术师范学院自动化系04级本科测控技术与仪器专业组员

25号任惠玲

26号苏广朝

27号翟惠玲

28号周竞游

29号陈诒燕

演示翟惠玲前言

人们对事物或信号的反应速度有快有慢，我们组所选做的“反应测试器”可以测出您对信号的反应速度。测试器中将反应速度分为九段用LED光柱显示，反应速度越快段数越高。反应速度最快者为9段（反应时间在50ms以内），反应速度最慢者为1段（反应时间超过800ms）。人从接受信号到作出反应的时间一般在0.15秒左右，也就是本测试器5～7段指示的范围，经常进行反应测试训练，可以逐步提高您的反应速度。

一实验设计目的

运用掌握的知识和能力，设计出所要求的器件，锻炼大学生的独自思考能力与动手实践能力（利用仿真完成），奠定自身的基础、能力与素质。

二实验设计要求及原理

反应测试器由开机延迟电路、测试信号灯、时钟振荡器、移位寄存器、驱动电路、LED显示光柱、测试按钮和控制电路等部分组成。其工作原理是：开机时延迟数秒后，测试信号灯亮，同时移位寄存器在时钟脉冲的作用下开始移位，用以控制LED光柱逐步缩短。当被测试人按下测试按钮时，时钟振荡器停振，移位寄存器便处于保持状态，在LED光柱显示出结果（以1～9段的的形式显示）。电路原理图如下图所示。实验设计内容

――全电路设计好的仿真电路图如右图所示，为免于电路的过于复杂，使一部分的电路生成子电路，它们分别有组件、寄存器和振荡器。后面会分别逐一讲述电路、子电路的设计及作用。开机延迟电路振荡器子电路寄存器子电路组件子电路控制电路仿真测试结论实验设计内容

――开机延迟电路

开机延迟电路由D1、R1、C1等组成。刚合上总开关时，电容C1开始充电，其正极端电位由0开始上升，故或非门D1输出为高电平“1”，使寄存器的8位寄存单元在时钟脉冲CP的作用下迅速存为高电平“1”状态。在大约几秒后由于电容C1的充电使其正极端转变为高电位，使或非门D1输出为低电平“0”，并且同时使到：

①：非门D12输出端由“1”变为“0”，使信号测试灯点亮（LED光柱的最下面一个灯格就是信号测试灯）。

②：寄存器的串行输入端变为“0”，在CP的作用下寄存器的8位寄存单元逐一被置零，反映到LED光柱就是灯格从上到下逐一熄灭。

③：或非门D2被开启，D2的作用是使测试按钮S2只有在测试信号灯点亮后才起作用，故提前按下测试按钮是无效的，灯柱依然会逐一熄灭。

实验设计内容

――振荡器子电路时钟振荡器是由555定时器构成，如图6所示。顺序调节Rw1可改变振荡频率，再调节Rw1即可改变占空比而不影响到已调好的频率。本次实验将频率调至20Hz，即周期为50ms，占空比为50％即可，波形图如下页图所示。实验设计内容

――振荡器子电路由虚拟示波器观察到的时钟振荡器波形图，可见周期已调节到50ms实验设计内容

――寄存器子电路寄存器使用CD4015双4位串入／并出移位寄存器，只可单向右移，其逻辑功能表如下图所示，Cr为清零，对应右图MR端。本电路将两组移存器级联成8位右移寄存器使用，如右图所示，其中10个输出端的位置与寄存器子电路输出端一一对应。左端由上至下的输出端依次由O0B～O3B、O0A～O4A端引出，以O3B作为第二级的串行输入数据，形成级联。两级清零端MR均接到低电平，CP端均引到右下输出端，DB端引到左下输出端接收外部数据。实验设计内容

――组件子电路电路中的组件子电路内部是由电阻和非门组成的普通电路，如右图所示。因为电路中LED光柱的左端是高电位，故另一端必须为低电位才能使光柱发光。所以在与寄存器输出端相连接的一方接入非门，使由寄存器输出的高电平转为低电平。从下图可以看到LED光柱倒数第二个灯格从合上总开关（开机）起就是一直亮的了，用以表示反应测试的最低一级，上面灯格依次标示2～9级。

实验设计内容

――控制电路时钟振荡器受RS触发器的控制，而RS触发器的输出状态（Q端）又受到测试按钮控制信号和开机置位信号的控制。刚开机时，C3（迅速充电）、R15组成的置位电路将RS触发器置位（波形如下图，红色为S端，黑色为振荡器输出端），使S＝“1”，由于R＝“0”，所以输出Q＝“1”，使时钟振荡器起振；随电压的下降，使S＝“0”，利用RS端00的不定性，当RS由01变为00时，输出Q端依然保持为“1”，故时钟振荡器仍会继续振荡。当测试按钮被按下时（测试信号灯点亮后），使D2的输入端为00，输出为“1”，就使触发器R端置“1”，触发器输入变为10，令输出Q＝“0”，使时钟振荡器停振，则移位寄存器数据被锁存，LED光柱便会停止熄灭，即可指示出您从测试信号灯点亮起到按下测试按钮的时间等级了。

四仿真测试结论仿真电路完成后，在EWB中进行仿真测试。首次合上总开关后，LED光柱由上而下逐一亮起，反映出寄存器单元的数据逐一被置位、移动，其工作正常。大约4～5秒后，测试信号灯才亮起，同时光柱灯格由上而下逐个熄灭，此时按下测试按钮，光柱立即停止熄灭，可见各控制电路工作正常。在重复测试时，先把测试按钮断开，断开总开关的时间长就能使电路中的电容放电完全。在电容C1未放电完全时进行测试，则测试信号灯点亮的时间也会有所不同（缩短），能有效锻炼反应能力。