CC BY
29
ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРАВНОВЕШЕННОСТИ НЕРВНЫХ ПРОЦЕССОВ
ЧЕЛОВЕКА
© Диков Р.В.*, Исупов И.Б.
Выксунский филиал Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», г. Выкса
В статье описан электронный прибор, позволяющий определять характер реакции обследуемого на движущийся объект (РДО), что необходимо для оценки уравновешенности нервных процессов человека.
Ключевые слова уравновешенность нервных процессов, автоколебательный трехэлементный мультивибратор, RS-триггер, D-триггер, реверсивный двоичный счетчик импульсов, дешифратор двоичных кодов.
При разработке прибора для оценки РДО были определены две цели.
1. Прибор должен являться наглядным пособием для студентов старшекурсников, будущих преподавателей физики и информатики, содержащим ряд схемотехнических решений современных микроэлектронных цифровых устройств.
2. Прибор должен являться удобным инструментом исследований в руках студентов старшекурсников, позволяющим экспериментально определять уравновешенность нервных процессов конкретного человека.
Принцип действия прибора - имитация движения материального объекта (точечного источника света, иначе - «бегущего огня») посредством электронной коммутации источника тока обеспечивающего последовательное свечение светоизлучающих диодов матричного кольцеобразного табло-циферблата.
Перед выполнением работы обследуемый получает словесную инструкцию: остановить движение «бегущего огня» в строго определенной точке светодиодного табло - циферблата, напротив какого либо числа или цифры, по усмотрению экспериментатора. Скорость движения «бегущего огня» и направление его перемещения (по часовой стрелке или против нее) экспериментатор может изменять согласно методике выполнения работы.
Если обследуемый точно выполняет задание, вовремя останавливая «бегущий огонь» в нужной точке табло-циферблата, уравновешенность нервных процессов в коре больших полушарий данного лица высока. Если обследуемый торопится, останавливая «бегущий огонь» преимущественно раньше времени - нервные процессы неуравновешенны, с преобладанием возбуждения. Если испытуемый опаздывает, останавливая «бегущий огонь»,
* Преподаватель.
как правило, позже времени, неуравновешенность нервных процессов в коре больших полушарий его головного мозга характеризуется преобладанием процессов торможения. Для получения достоверных результатов обследуемый должен выполнить серию заданий - 30 попыток.
Основные технические характеристики прибора РДО.
1. Тип логики используемых микросхем: транзисторно-транзисторная, транзисторно-транзисторная с матрицами диодов Шотки.
2. Шкала табло-циферблата: кольцеобразная, матричная, реализованная на светоизлучающих диодах красного свечения.
3. Число знакомест табло-циферблата: 16.
4. Направление движения «бегущего огня»: по часовой стрелке; против часовой стрелки и попеременно чередуемое.
5. Выбор направления движения «бегущего огня»: ручной или автоматический.
6. Диапазон изменений периода свечения каждого светоизлучающего диода 10-300 мс/дискр.
7. Изменение периода свечения светодиодов осуществляется вручную.
Прибор РДО имеет выход для подключения электронносчетного частотомера - периодомера («Ч3-33», «Ч3-35А), используемого в качестве цифровой шкалы - отсчетного устройства периода свечения светодиодов.
Рис. 1. Прибор РДО. Общий вид
Изделие имеет моноблочную конструкцию (рис.1), выполнено на семи интегральных микросхемах (ИМС) (рис. 2). В состав схемы изделия входят два идентичных генератора прямоугольных импульсов, функционирующих независимо друг от друга, система электронных клапанов (логических вентилей), реверсивный двоичный счетчик импульсов, двоичный дешифратор-демультиплексор «4 на 16», схема управления, выполненная на RS- и D-триггерах, матричное табло-циферблат.
БВ1, 002, БЮ4-КиЗЛАЗ; 003, ББЗ - КМЗЗЗТМ2; БОЙ - К53:5ИЕ7;| БВ7-К1333ИДЗ, HL.1-HL.16 - КИПД30Т-1Б; УТ1,412 - ЬСТЗ13Г
Рис. 2. Принципиальная схема прибора РДО
Генератор прямоугольных импульсов повышенной стабильности частоты следования, обеспечивающий движение «бегущего огня» (объекта) по часовой стрелке реализован по схеме трехэлементного мультивибратора на транзисторе УТ1 и двух элементах 2И-НЕ ИМС К155ЛА3 (DD1.1, DD1.2). Генератор прямоугольных импульсов, обеспечивающий движение «бегущего огня» (объекта) против часовой стрелки выполнен по идентичной схеме на транзисторе УГ2 и элементах DD2.1 и DD2.2 ИМС DD2 (К155ЛА3).
На элементах DD1.3 и DD2.3 выполнены электронные клапаны, обеспечивающие блокировку прохождения импульсов. Прямоугольные импульсы с выходов элементов DD1.3 и DD2.3 проходят дифференцирующие RC-цепи и далее поступают на входы электронных клапанов DD1.4 (с выхода DD1.3) и DD2.4 (с выхода DD2.3). Электронные клапаны DD1.4 и DD2.4 обеспечивают останов работы реверсивного счетчика импульсов при нажатии кнопки «стоп» обследуемым.
Через инвертор DD4.1 импульсы с выхода электронного клапана DD1.4 поступают на электронный клапан DD4.2. Через инвертор DD4.4 импульсы поступают с выхода электронного клапана DD2.4 на электронный клапан DD4.3. Микросхема DD4 - К155ЛА3.
Электронные клапаны DD4.2 и DD4.3 являются частью схемы селекции -распределения импульсов с выходов обоих генераторов на вход «Си» (счет на увеличение, движение «бегущего огня» по часовой стрелке) либо на вход «CD» (счет на уменьшение, движение «бегущего огня» против часовой стрелки) двоичного реверсивного счетчика К555ИЕ7 (DD6). Клапаны открываются попеременно: когда открыт электронный клапан DD4.2 (и закрыт клапан DD4.3), импульсы поступают на вход «Си» реверсивного счетчика, когда открыт клапан DD 4.3 (и закрыт клапан DD4.2), импульсы поступают на вход «CD».
С выходов Q0-Q3 счетчика DD6 двоичный код 1-2-4-8 поступает на входы А0-А3 дешифратора-демультиплексора DD7 (КР1533ИД3), реализующего запись лог. 0 по схеме «4 на 16». К каждому из шестнадцати выходов дешифратора DD7 подключен катод соответствующего светоизлучающего диода дискретной матрицы ^1-^16 табло-циферблата. Аноды светодиодов объединены между собой и через ограничительный резистор подключены к положительному полюсу источника напряжения питания 5В.
Таким образом, при формировании двоичного кода «0000» на выходах счетчика лог. 0 устанавливается на первом выходе дешифратора - горит све-тодиод НЬ1, остальные погашены; при формировании кода «0001» на выходах счетчика лог. 0 устанавливается на втором выходе дешифратора - горит светодиод БЬ2, остальные погашены и т.д. Описанный фрагмент схемы позволяет просто и надежно реализовать оптический эффект «бегущий огонь».
Схема управления прибором РДО выполнена на двух ИМС КМ555ТМ2 (DD3 и DD5), представляющих собой сдвоенные универсальные D-тригге-
Физико-математические науки
247
ры с расширенной логикой действия ^8-, Б-, Б-тактируемый триггер - делитель на «2») (2).
ЯЕ-триггер (DD3.1) формирует сигнал «стоп» при нажатии соответствующей кнопки обследуемым, предотвращая «дребезг» ее контактов, а D-триггер DD3.2, получив сигнал «стоп» блокирует прохождение импульсов с генераторов через клапаны DD1.4 и DD2.4. При нажатии экспериментатором кнопки «сброс-старт» RS-триггер DD5.1 обеспечивает асинхронный сброс триггера DD3.2 в исходное состояние и его блокировку, а также обнуление реверсивного счетчика - загорается светодиод НЬ1, система готовится к старту.
При отпускании кнопки «сброс-старт» триггер DD3.2 оказывается разблокирован, а D-триггер со счетным входом (DD5.2) изменяет свое логическое состояние на противоположное, что приводит к открыванию либо клапана DD4.2 и движению «бегущего огня» по часовой стрелке, либо клапана DD 4.3 и движению «бегущего огня» в обратном направлении. Таким образом, реализуется попеременно чередующееся направление движения светового объекта, причем направление его движения меняется при каждом последующем старте системы на противоположное.
Таким образом, прибор РДО позволяет демонстрировать студентам работу генераторов прямоугольных импульсов - трехэлементных мультивибраторов, действие RS-, Б- и D-триггера со счетным входом, логику функционирования базового элемента ТТЛ 2И-НЕ, действие двоичного реверсивного счетчика импульсов и дешифратора-демультиплексора двоичных кодов, а также принцип организации матричного светодиодного табло-циферблата. Небольшие габариты прибора РДО (рис. 1), надежность работы, простота в обращении позволяют использовать его во внелабораторных условиях, при выполнении научно-исследовательской работы студентами.
Список литературы:
1. Смирнов В.М. Физиология сенсорных систем и высшая нервная деятельность: учеб пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Смирнов, С.М. Будылина. - 2-е изд., стереотип. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 304 с.
2. Цифровые интегральные микросхемы: справочник / М.И. Богданович, И.Н. Грель, В.А. Прохоренко, В.В. Шалимо. - Мн.: Беларусь, 1991. -493 с.
