东华大学生理刺激反应设计技术分析.docx

目录 第一章、设计指标 2 第二章、系统概述 3 （1）分频电路 5 （2）动态显示电路 5 （3）反应时间计数电路 6 （4）延迟和随机信号产生电路 6 （5）信号逻辑控制电路 7 第三章、单元设计电路与分析 8 1、分频电路 8 2、反应时间计数电路 9 3、动态显示电路 10 4、延迟和随机信号产生电路 12 5、违例信号的逻辑控制： 14 6、信号逻辑控制电路 15 第四章、电路的组构与调试 16 第五章、思考与体会 19 第六章、参考文献 20 第七章、附页 20 1、 引脚分配图： 20 2、各模块电路图： 21  第一章、设计指标 （1）设计概述 生理刺激反应时间测试仪是测量被测试者在受到刺激后，经过多少时间才有反应的测试仪。人体在受到外界声、光信号刺激后作出反应的时间有快有慢，某些职业对从业人员的生理刺激反应时间有一定的要求。比如，短跑、跨栏运动员的成绩都精确到0.01s。本设计采用光或声音作为刺激人眼或耳朵的触发源，由测试对象按键做出反应。 （2）设计要求 受试者可以按“测试源选择”键选择刺激信号光或声。 1.当受试者按“测试开始”按键后，系统进入准备状态，“准备灯”亮，其他指示灯灭，显示器显示全零。 2.测试仪在“准备”灯亮后的1~10 s时间内随机发出光刺激信号（“测试”灯亮）或声刺激信号（蜂鸣器响），“准备”灯灭。 3.当刺激信号发出后测试仪开始计时，直到受试者按下“反应”键停止计时。计时单位为0.1 ms，为提高精度，最低位要四舍五入。 4.以七段LED数码管显示计时测量值的高3位，最低位测量进行四舍五入处理，显示值保持到新的测量开始。 5.若受试者的反应时间超过999.5 ms，“溢出”灯亮指示溢出，测试计数器立即停止计时，“测试”灯灭或蜂鸣器停，“溢出”灯持续发光直到下一次实验开始按下“测试开始”按键。 6.若受试者在刺激信号未发出前按“反应”键，“违例”指示灯亮，“准备”灯灭，并禁止刺激信号发出。 （3）硬件环境 测试仪的控制部分以FPGA实现, 光刺激信号由发光二极管产生、声刺激信号由蜂鸣器产生。“测试开始”按键和“反应”按键选择点触键产生脉冲信号，刺激源选择采用自锁键产生电平信号。测量值采用3个七段LED数码管显示，显示方式由FPGA开发装置决定。设计随机脉冲发生模块在DE2开发板或LP-900开发装置上实现。 第二章、系统概述 1、设计思想 分析设计要求可知，生理刺激反应时间测试仪的基本功能是随机产生刺激信号、计时显示以及对受试者的操作进行逻辑判断。 因此生理刺激反应时间测试仪需要延时电路、随机产生刺激信号电路、反应时间计时电路、动态扫描显示电路以及信号逻辑控制电路。 分析系统功能, 可以设置生理刺激反应测试仪的主要控制信号为开始信号、准备信号、随机信号、测试信号、反应信号、测试计数器溢出信号 和违例信号。若选择按键产生高电平信号为“测试开始”键和“反应”键, 开发装置上的SW1～SW8 键, 则Start , Response为相应按键产生的有效信号。Ready , Test, Response, Overflow , Weili 设置为触发器产生的电平信号。 系统电路根据控制功能划分为刺激信号随机产生、测试计时、显示、逻辑控制、时基信号产生等5个模块。其中随机信号采用模为2的延时计数器、模为10的定时计数器及相应的控制逻辑产生, 测试计数器采用可预置、有使能控制的4级8421BCD 码十进制加计数器实现。由于正常测试时间小于1 s, 所以时间计数值可以不经锁存直接显示。时基电路是产生定时、延时、计时电路以及显示扫描电路的时钟脉冲, 蜂鸣器的发声也需要音频脉冲控制。各脉冲可以根据所用FPGA 开发装置的基准时钟分频获得。 2、可行性论证 在具体实验中，我们可以用QuartusⅡ软件和FPGA来实现我们的设计思想。先利用QuartusⅡ根据我们的设计思想建立设计输入文件（包括图形文件，文本输入文件），进行分析与综合和建立方针波形后，将实验方案在编写引脚之后下载到FPGA的硬件装置上，结合计算机计数的辅助和可编程逻辑器件的开发，将设计思想应用于实际硬件上。 分析系统功能，可以设置生理刺激反应测试仪的主要控制信号为准备开始信号ready、准备灯信号readylight、随机信号random（OSC）、刺激信号test、反应信号response、测试计数器溢出信号overflow和违例信号wrong。若选择下降沿有效地点触键为“测试开始”键和“反应”键，比如上的EPF10K上的PS3和PS4，则start和response为响应按键产生的负脉冲信号。readylight、test、response、overflow、wrong设置为触发器产生的电平信号。