生理刺激反應(yīng)報(bào)告

1、鍵入文字 數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告生理刺激反應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀 沈超 通信1104 110901425前言本報(bào)告介紹了怎樣使用QUARTUS進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，使我接觸和了解了可編程技術(shù)的應(yīng)用，在QUARTUS圖形文件編輯器中，輸入器件型號(hào)即可調(diào)出所需器件（如4位集成數(shù)據(jù)比較器7458、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器7490等等），對(duì)于我這個(gè)剛學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)生而言使用非常方便。而且QUARTUS的基本元件庫幾乎囊括了所有中規(guī)模集成器件，使我在設(shè)計(jì)中基本不受期間資源的限制，可以說是實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)。本報(bào)告中主要涉及生理刺激反應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，里面內(nèi)容主要分為大部分；第一部分為分頻器，為整個(gè)

2、電路提供頻率輸出，第二部分為隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)，第三部分為測(cè)試計(jì)時(shí)器，主要負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)，第四部分為控制電路，主要負(fù)責(zé)整個(gè)電路的邏輯調(diào)整，此處為整個(gè)電路的核心部分，第五部分為動(dòng)態(tài)掃描器，把第三部分產(chǎn)生的數(shù)字掃描出來，顯示在LED數(shù)碼顯示管上。關(guān)鍵字：隨機(jī)信號(hào)，測(cè)時(shí)計(jì)數(shù)，四舍五入，溢出，違例，準(zhǔn)備，開始，分頻，觸發(fā)源。目錄1.1設(shè)計(jì)概念-41.2設(shè)計(jì)示意圖-41.3設(shè)計(jì)要求-41.4設(shè)計(jì)硬件環(huán)境-52設(shè)計(jì)框圖-53設(shè)計(jì)電路圖及原理分析-63.1隨機(jī)發(fā)生器-63.2分頻器-83.3測(cè)試計(jì)時(shí)器-103.4動(dòng)態(tài)掃描器-123.5控制邏輯電路-164總電路圖-185電路的調(diào)試-196心得與體會(huì)

3、-197參考書籍-201.1設(shè)計(jì)概念：生理刺激反應(yīng)時(shí)間測(cè)試儀是測(cè)量被測(cè)試者在受到刺激后，經(jīng)過多少時(shí)間才有反應(yīng)的測(cè)試儀。人體在受到外界聲、光信號(hào)刺激后作出反應(yīng)的時(shí)間有快有慢，某些職業(yè)對(duì)從業(yè)人員的生理刺激反應(yīng)時(shí)間有一定的要求。比如，短跑、跨欄運(yùn)動(dòng)員的成績都精確到0.01s。本設(shè)計(jì)采用光或聲音作為刺激人眼或耳朵的觸發(fā)源，由測(cè)試對(duì)象按鍵做出反應(yīng)。1.2設(shè)計(jì)示意圖：1.3設(shè)計(jì)要求：（1）當(dāng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)后，測(cè)試儀隨即用發(fā)光二極管或蜂鳴器發(fā)出光或 聲音刺激信號(hào)（以下稱測(cè)試信號(hào)）。（2）最大測(cè)試時(shí)間999.5ms，如大于999.5ms有溢出顯示。（3）顯示時(shí)間單位為ms。為提高測(cè)量精度，測(cè)量單位為百微妙，最低

4、位四舍五入后顯示。（4）要有“違例”指示燈顯示。即當(dāng)測(cè)試儀未發(fā)出測(cè)時(shí)光前，被測(cè)試者提前“反應(yīng)”的稱為“違例”。1.4設(shè)計(jì)硬件環(huán)境：測(cè)試儀的控制部分以FPGA實(shí)現(xiàn), 光刺激信號(hào)由發(fā)光二極管產(chǎn)生、聲刺激信號(hào)由蜂鳴器產(chǎn)生。“測(cè)試開始”按鍵和“反應(yīng)”按鍵選擇點(diǎn)觸鍵產(chǎn)生脈沖信號(hào)，刺激源選擇采用自鎖鍵產(chǎn)生電平信號(hào)。測(cè)量值采用3個(gè)七段LED數(shù)碼管顯示，顯示方式由FPGA開發(fā)裝置決定。設(shè)計(jì)隨機(jī)脈沖發(fā)生模塊在DE2開發(fā)板或LP-900開發(fā)裝置上實(shí)現(xiàn)。2設(shè)計(jì)框圖：根據(jù)上圖所示，總體設(shè)計(jì)的信號(hào)時(shí)序關(guān)系如下：（1）“測(cè)試開始”按鍵產(chǎn)生的start負(fù)脈沖觸發(fā)ready信號(hào)有效,控制test,weili,overflow

5、無效,并預(yù)置測(cè)試計(jì)數(shù)器初值。（2）ready信號(hào)控制延時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),延時(shí)時(shí)間1 2 s。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到,delay信號(hào)有效。delay信號(hào)等待選通模M定時(shí)計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)脈沖random,等待時(shí)間為0Ms。這樣,隨機(jī)信號(hào)random比 測(cè)試開始!按鍵的作用時(shí)間滯后1 M+2s出現(xiàn)。（3）當(dāng)隨機(jī)脈沖random出現(xiàn)后, 觸發(fā)test信號(hào)有效并控制ready,delay信號(hào)無效。test信號(hào)點(diǎn)亮“測(cè)試”燈或控制蜂鳴器鳴響, 并允許測(cè)試計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。（4） 當(dāng)“反應(yīng)”鍵按下后,產(chǎn)生response負(fù)脈沖, 使test信號(hào)無效,測(cè)試計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。（5）若反應(yīng)時(shí)間超過999.5s,測(cè)試計(jì)數(shù)

6、器產(chǎn)生的溢出脈沖觸發(fā)overflow信號(hào)有效。overflow信號(hào)控制測(cè)試計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。（6）若test信號(hào)無效時(shí)按下“反應(yīng)”鍵, response 脈沖觸發(fā)weili 信號(hào)有效, 并控制ready信號(hào)無效。weili信號(hào)禁止隨機(jī)脈沖產(chǎn)生, test信號(hào)始終無效。3設(shè)計(jì)電路圖及原理分析：3.1隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器做成模塊圖： 隨機(jī)信號(hào)是指控制條件滿足后脈沖出現(xiàn)時(shí)間無法確定的信號(hào)。如果以一個(gè)任意出現(xiàn)的控制電平去選通一個(gè)周期性定時(shí)出現(xiàn)的脈沖信號(hào), 由于脈沖出現(xiàn)的時(shí)間與控制電平有效的時(shí)間沒有任何關(guān)聯(lián), 當(dāng)控制信號(hào)有效后, 在定時(shí)周期時(shí)間范圍內(nèi)會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)選通脈沖。偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器：7490計(jì)數(shù)器上的兩個(gè)計(jì)

7、數(shù)器級(jí)聯(lián)后可實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在它的CLKA端輸入一個(gè)1hz的脈沖信號(hào)，QD端輸出0.1hz脈沖信號(hào)，周期為10s，所以脈沖信號(hào)可在每10秒發(fā)射一次。延遲新號(hào)發(fā)生器：74161可以做成一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與兩個(gè)D觸發(fā)器和一些邏輯門構(gòu)成。按下“測(cè)試開始”按鍵，高電平脈沖使74161使能端始終處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，輸入1hz脈沖信號(hào)后，74161計(jì)數(shù)到2時(shí)，通過非門和觸發(fā)器使74161清零，只產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)信號(hào)，同時(shí)通過另一個(gè)觸發(fā)器輸出高電平延時(shí)信號(hào)。此時(shí)，偽隨機(jī)信號(hào)和延時(shí)信號(hào)通過與門輸出隨機(jī)信號(hào)，通過反饋使延遲信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，從而只產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)信號(hào)。3.2分頻器 要求：設(shè)計(jì)8級(jí)10分頻電路，將基準(zhǔn)10MHZ

8、分頻后輸1MHZ,100KHZ,10KHZ,1KHZ,100HZ,10HZ,1HZ,0.1HZ脈沖信號(hào)。 （1）用7490構(gòu)成5421碼輸出的十分頻電路 上圖為十分頻電路，構(gòu)成8級(jí)十分頻電路需再連接7個(gè)十分頻此為上圖十分頻模塊圖。（2）分頻器構(gòu)成模塊圖：3.3測(cè)試計(jì)時(shí)器電路圖在下一頁，做成的模塊圖：計(jì)時(shí)器主要由四片級(jí)聯(lián)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，74161計(jì)數(shù)器。計(jì)時(shí)器的開始、停止、置數(shù)、清零、溢出等功能分別有一些邏輯門和D觸發(fā)器構(gòu)成。圖中引腳以及實(shí)現(xiàn)的主要功能是：SET，置數(shù)，與ON并聯(lián)，隨機(jī)脈沖信號(hào)產(chǎn)生后，經(jīng)反向器后，加在低電平有效的LDN同步置數(shù)端，該實(shí)驗(yàn)為方便四舍五入，置數(shù)為五。ON，開始計(jì)時(shí)

9、，隨機(jī)脈沖信號(hào)觸發(fā)D觸發(fā)器后，使其輸出高電平，時(shí)鐘信號(hào)可以通過與門，使74161得到CP信號(hào)。OFF,停止計(jì)時(shí)，“反應(yīng)”按鍵按下，脈沖信號(hào)加反向器后，加在D觸發(fā)器的清零端，使其輸出低電平，時(shí)鐘信號(hào)停止導(dǎo)通，74161停止計(jì)數(shù)。10KHZ，脈沖信號(hào)，由分頻器提供。YICHU，溢出信號(hào)，設(shè)計(jì)用一片74161來表示溢出信號(hào)，當(dāng)?shù)谒钠?jì)數(shù)器滿十進(jìn)位后，當(dāng)?shù)谖迤?jì)數(shù)器輸出第一個(gè)有效脈沖時(shí)，說明溢出。最低位四舍五入，本設(shè)計(jì)利用計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)功能，在測(cè)量前將測(cè)試計(jì)數(shù)器的初始值預(yù)置為5。這樣, 測(cè)試結(jié)束時(shí)的計(jì)數(shù)值是實(shí)際測(cè)量值加5。當(dāng)最低位測(cè)量值大于等于5時(shí), 必然產(chǎn)生向高位的進(jìn)位, 實(shí)現(xiàn)了測(cè)量值的四舍五入功能

10、。計(jì)數(shù)器從左向右電位依次增高，DCBA,A為高電位。3.4動(dòng)態(tài)掃描器（1）七段顯示譯碼，采用AHDL文件編輯做成模塊圖：（2）動(dòng)態(tài)掃描器動(dòng)態(tài)掃描器框圖其中虛線內(nèi)部屬于LP-2900裝置，數(shù)據(jù)選擇器選用74153，計(jì)數(shù)器采用7490計(jì)數(shù)器，連接后用七段顯示譯碼器連接到裝置上（分頻器由于多余去掉了，在整體裝置中會(huì)有分頻器接入）。圖中A4 A3 A2 A1 A0為第一塊顯示屏所顯示符號(hào)的對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)，其他同理。由于每個(gè)顯示屏需要每秒導(dǎo)通次數(shù)多于50次時(shí)，才會(huì)因視覺暫留效果，不會(huì)讓人感覺顯示屏在閃爍。因此，四塊顯示屏輪流導(dǎo)通則需要200HZ以上的時(shí)鐘脈沖來控制計(jì)數(shù)器，本設(shè)計(jì)選用的1KHZ的時(shí)鐘信號(hào)。做

11、成模塊圖：3.5控制邏輯電路由于接線較多，所以我把控制電路分散在整個(gè)電路里，故而沒有單獨(dú)做出一個(gè)模塊。大致介紹一下它的主要功能：控制模塊中選擇刺激源為選通電路，在開始測(cè)試之前選好；其他控制都為D觸發(fā)器控制。違例：當(dāng)test信號(hào)無效時(shí)按下“反應(yīng)”鍵，則response脈沖觸發(fā)weili 信號(hào)有效, 并控制ready信號(hào)無效。weili信號(hào)禁止隨機(jī)脈沖產(chǎn)生, test信號(hào)始終無效。溢出：設(shè)計(jì)用一片74161來表示溢出信號(hào)，當(dāng)?shù)谒钠?jì)數(shù)器滿十進(jìn)位后，當(dāng)?shù)谖迤?jì)數(shù)器輸出第一個(gè)有效脈沖時(shí)，通過一個(gè)D觸發(fā)器輸出高電平時(shí)溢出燈亮。 隨機(jī)信號(hào)：觸發(fā)test信號(hào)有效并控制ready,delay信號(hào)無效。test

12、信號(hào)點(diǎn)亮“測(cè)試”燈或控制蜂鳴器鳴響, 并允許測(cè)試計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。 準(zhǔn)備：ready信號(hào)控制延時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),延時(shí)時(shí)間1 2 s。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到,delay信號(hào)有效。具體介紹在隨機(jī)信號(hào)如何產(chǎn)生之中有詳細(xì)介紹。當(dāng)反應(yīng)鍵按下之后，產(chǎn)生response負(fù)脈沖, 使test信號(hào)無效,測(cè)試計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。其他燈也被分配低電平不會(huì)亮。上述所說皆在總電路圖中有所體現(xiàn)4總電路圖5電路的調(diào)試（1） 小數(shù)點(diǎn)后一位會(huì)顯示數(shù)字。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，把動(dòng)態(tài)掃描器和測(cè)試計(jì)時(shí)器的最后一位連接處斷開，這樣裝置既會(huì)進(jìn)位，也會(huì)使最后一位數(shù)字消失。（2） 發(fā)現(xiàn)違例燈在提前按下反應(yīng)鍵時(shí)未亮。檢查是有一處與門未連接緊密，導(dǎo)致，為輸出信號(hào)。（3） 隨機(jī)信號(hào)的產(chǎn)生總是出現(xiàn)問題。請(qǐng)教同學(xué)，發(fā)現(xiàn)自己會(huì)同時(shí)輸出兩個(gè)延時(shí)信號(hào)，接上一個(gè)與門，并且給出反饋使延時(shí)信號(hào)變成低電平，這樣保證了一個(gè)延時(shí)信號(hào)的輸出。6心得與體會(huì) 在接觸這個(gè)實(shí)驗(yàn)的3個(gè)星期里，我學(xué)到了很多，此次課程設(shè)計(jì)與以往所做的實(shí)驗(yàn)大有不同，以往的實(shí)驗(yàn)只是照著電路圖連出電路即可，而這次的實(shí)驗(yàn)是需要我們自己設(shè)計(jì)電路圖，并且下載裝置中調(diào)試電路，難度很