四路搶答器的plc控制線路的設(shè)計(jì)

1、機(jī)電傳動控制課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：四路搶答器PLC控制電路的設(shè)計(jì)學(xué)校：學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級：08機(jī)械2班姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：年 月曰摘要隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已擴(kuò)展到所 有的控制領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多 品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一需求，生產(chǎn)設(shè)備的控制系 統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性，可編程控制器就順應(yīng)而生。而實(shí)用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、 工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答 器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答

2、器絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的，只具 有搶答鎖定功能的一個(gè)電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相 結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟。現(xiàn)在的搶答器具有倒計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動（或手動）復(fù)位、報(bào)警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高， 顯示方式簡單（有的甚至沒有顯示電路），無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于 電路升級換代。本設(shè)計(jì)要求就是利用 PLC乍為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號的產(chǎn) 生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。關(guān)鍵詞：可編程控制器 搶答器PLC 模擬電路 數(shù)字電路目錄第一章設(shè)計(jì)選題及目的

3、 11.1設(shè)計(jì)選題 11.2設(shè)計(jì)目的 1第二章功能介紹 22.1主要功能介紹 22.2擴(kuò)展功能介紹 2第三章 總體方案設(shè)計(jì)模塊 3第四章PLC搶答器編程 44.1 選定輸入、輸出設(shè)備 44.3工作過程 54.4程序指令表 64.5外部接線圖 7第五章單元模塊設(shè)計(jì) 85.1搶答器電路模塊 85.2定時(shí)電路模塊 115.3控制電路 15第六章組裝和調(diào)試 18參考文獻(xiàn) 19致 20第一章設(shè)計(jì)選題及目的1.1設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)選題：四路搶答器的PLC控制電路的設(shè)計(jì)?？刂埔螅海?）競賽者若要回答主持人所提問題時(shí)，須搶先按下桌上的搶答按鈕；（2） 綠色指示燈亮后，須等主持人按下復(fù)位按鈕 PB5后，指示燈才熄滅

4、；（3）如果如果競賽者在主持人打開 SW1開關(guān)10s搶先按下按鈕，電磁線圈將 使彩球搖動，以示競賽者得到一次幸運(yùn)的機(jī)會；（4）如果在主持人打開SW1開關(guān)10s無人搶答，則必須有聲音警示，同時(shí)紅 色指示燈亮，以示競賽者放棄該題；（5）在競賽者搶答成功之后，應(yīng)限定一定時(shí)間回答問題，根據(jù)題目難易可設(shè) 定時(shí)間；（6）當(dāng)主持人打開SW2開關(guān)之后計(jì)時(shí)開始，如果競賽者在回答問題時(shí)超出設(shè) 定時(shí)限，則紅色指示燈亮并伴有聲音提示，競賽者停止回答問題。1.2設(shè)計(jì)目的通過這次課程設(shè)計(jì)，靈活運(yùn)用機(jī)電傳動控制理論知識，在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)鞏 固所學(xué)知識，加強(qiáng)綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)能力，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想。第二章功能介紹2

5、.1主要功能介紹（1）搶答器最多可供4名選手參賽，編號為14號，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕（分 別為S0S3控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人控制。（2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來，直到 主持人清零。（3）開關(guān)S作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開關(guān)S被按下時(shí) 搶答電路清零，當(dāng)開關(guān)S松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān) S0S3 實(shí)現(xiàn)。（4）有搶答信號輸入（開關(guān)S0S3中的任意一個(gè)開關(guān)被按下）時(shí)，并顯示出 相對應(yīng)的組別。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開關(guān)均無效，指示燈依舊“保持” 第一個(gè)開關(guān)按下時(shí)所對應(yīng)的狀態(tài)不變。2.2擴(kuò)展功能介紹（

6、1）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人 啟動“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。（2）參加選手在未開始搶答時(shí)按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)，發(fā)出報(bào)警聲。（3）參加選手在設(shè)定的時(shí)間搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯 示選手的編號和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。（4）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，發(fā)出短暫的報(bào)警聲，時(shí)間顯示器上顯示為0。第三章總體方案設(shè)計(jì)模塊圖3-1為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清 零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)

7、定時(shí)間；主持 人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”，搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，選手在 定時(shí)時(shí)間搶答時(shí)，搶答器完成優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當(dāng)一輪搶答之后， 定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人 再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。圖3-1控制流程圖第四章PLC搶答器編程4.1選定輸入、輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入端子號搶答按鈕PB110000搶答按鈕PB120001搶答按鈕PB210002搶答按鈕PB310004搶答按鈕PB320005搶答按鈕PB410006搶答按鈕PB420007復(fù)位按鈕PB50008選擇開關(guān)SW10009限時(shí)開關(guān)SW20010輸出設(shè)備輸出端子

8、號綠色指示燈L1輸出0500綠色指示燈L2輸出0501綠色指示燈L3輸出0502綠色指示燈L4輸出0503紅色指示燈L5輸出0504紅色指示燈L6輸出0505電磁開關(guān)SOL輸出05064.2控制梯形圖系統(tǒng)控制梯形圖如圖4-1所示0008 OSOC000UUWD5C2501 I004Q006 05CC 0501 0503W030009 0500 0502 05030003M)6000$ 0500 05D1 0602 嚴(yán)、LLl ir 4T dTtC0503QXTTHE0503 1 H*0100TINO0云II<S>圖4-1 控制梯形圖4.3工作過程（1）由于0500使用他的自身觸點(diǎn)（

9、常開觸點(diǎn)），在 0000或0001閉合后仍 保持在ON狀態(tài)（自鎖）。同時(shí)，將其常閉觸點(diǎn)串入其他各回路中，在 0500接通 后，他的常閉觸點(diǎn)打開，切斷其他搶答回路（互鎖）；（2） 0501，0502和0503以同樣方式動作，自鎖繼電器在復(fù)位按鈕PB5再次動作時(shí)將清零；（3）機(jī)會選擇開關(guān)SW1使 0009閉合后，10 s定時(shí)器TIM00啟動；（4）如果0500, 0501，0502和0503在10 s定時(shí)器TM00動作之前任何一個(gè) 閉合，則0506變?yōu)镺N以示搶答成功，同時(shí)切斷10 s計(jì)時(shí)顯示輸出回路，否則輸 出聲音提示，以示競賽者放棄該題；（5）常開觸點(diǎn)0009斷開后，自鎖繼電器和定時(shí)器 TIM

10、00將清零；（6）搶答成功后，主持人閉合限時(shí)開關(guān) SW2使;0010閉合后，2 min定時(shí)器TIM01啟動，時(shí)間到0505和0508閉合，紅燈亮并有 聲音提示停止回答；（7）常開觸點(diǎn)0010斷開后，定時(shí)器TIM01清零，為下一輪搶答做好準(zhǔn)備。4.4程序指令表如下表：表4-1程序指令表地址感l(wèi)it1 ?(><)(LI)uug*1 0027AND NOT' *：' E 吧(OOU10028AND N(>'l 5 000002OR00? 9AND NOTANN Ni ITUU*HJAND NOT05 02AND N<05019031OCT處殆0005W

11、H >J<»T0502汕昭1.11wiM* 1006NO I0503003TIM(Ki0007OUT0500沖 V1WJLI>0002O03IIJ)TlMou“陽ANU<)R0501OUT臨I0111 IAMI NOTOOvE003 7our*：曲7CO1 二AJ XO'0F5OO 1OOH1.1 i050001* J 3AMT>00,19OR11J 01皿1 |AtN> NOTu；?常91)101)<如15OUT050100 1 IOR05031 .1)00 4?ArJDNOl1lion皿1 7<)R0043OR<*3

12、06001HOR051)200 J 1ANU；初網(wǎng)<J J 1 JND N<IT00004 5OL：T <>06X1>JIflkSOOcn4fi【1>4 111 1 0C1O?1AND105*4 100471 IM010止AND NO10503n 12tX'iOUT052004 SIJ)TIVIoCi>2 |>>04)60049OUTg帖-ii>27ORiOQ5 0OUT帖UR00514.5外部接線圖如圖4-2:-00000S00000105010002000395030004050400050505000BD5060007D

13、60T0008050600090010COMwOm圖4-2 外部接線圖yn¥第五章單元模塊設(shè)計(jì)5.1搶答器電路模塊該電路主要完成兩個(gè)功能：(1) 分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時(shí)譯碼顯示電路 顯示編號(顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管)；(2) 禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS279來完成。1. 優(yōu)先編碼器74LS14874LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表5-1為其真值表，圖5-1為其管腳圖116215>6 314I7 474 LS14813S(E)512丫2 611丫1 一710GND 89VccYsIexI

14、衛(wèi)EYo圖5-1 (|管腳圖術(shù)A輛I出顧阿7737巫W呢顧站石耳Fax石1XXK1t11I0L11111111L110ROr00a1aKX星010101nXWS0寸1（11訂n10莖SX0111011010XXX01111_10001uX0111111010 10專0111111110010011111111L10174LS148工作原理如下：該編碼器有8個(gè)信號輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入 使能端ST,輸出使能端E0和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS當(dāng)ST=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)ST=1時(shí)，貝U不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3 個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，

15、編碼器處于非工 作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)ST=0,且至少有一個(gè)輸入端有編碼請求信號（邏輯 0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志 GS為 0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為 1。由表5-1可知，在8個(gè)輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入 0端（優(yōu)先級 別最低位）有低電平輸入時(shí)，丫2丫1丫0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼 相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS= 1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無低電 平輸入，此時(shí)丫2丫1丫0=11偽非編碼輸出；GS= 0時(shí)，丫2丫1丫0=11俵示響應(yīng)輸入0 端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。Ys只有在ST為0,且所有輸入端

16、都為1時(shí)，輸出為0,它可與另一片同樣器件的 ST連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編777碼器o從表5-1不難看出，輸入優(yōu)先級別的次序?yàn)?7, 6，0。輸入有效信號 為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸 入時(shí)，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如 5為0，且優(yōu)先級別比它高的輸 入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010,這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。2. 鎖存器74LS279在74LS279中，由于4回路中2回路置位端子為兩個(gè)，所以使用其一時(shí)，整 理兩個(gè)置位輸入作為1個(gè)使用，或?qū)⒘硪粋€(gè)輸入固定為“ H'使用。另外，作為稍 微變化74LS279的使用方法，也可將

17、3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器 作為2輸入NAND1電路使用，復(fù)位輸入例如1管腳固定為” L”時(shí)其輸入為” H', 所以可構(gòu)成將2管腳和3管腳作為輸入，輸出為4管腳，此變換如圖5-2所示。圖5-2 鎖存器74LS279搶答器參考電路如圖5-3所示，其工作過程：開關(guān) S置于"清除"端時(shí)，RS觸 發(fā)器的 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0,使74LS148的=0,使之處于工作狀態(tài)。 當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按 下S3），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1,74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2

18、Q=100, 經(jīng)譯碼顯示為"4"。此外，1Q= 1,使74LS14A 1,處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵 的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為1 Q= 1, 74LS14A 1,所 以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時(shí)輸入信號，保證了搶答者的 優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。5/i持制 榮Kflo+5v門 TTTTTTTmA2 Al ADIJMM*Y2TO9LTRBIJj74LS46 /RBO«-s一R3Q R SML52T9¥ I15ST1774L5148Tex ys1413圖5

19、-3搶答器參考電路圖5.2定時(shí)電路模塊該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和1個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。一塊74LS192 實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路 74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號由時(shí)鐘產(chǎn)生電 路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)情況設(shè)定時(shí)間。共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 74LS48,使0閃爍，同時(shí)以后選手搶答無效1. 計(jì)數(shù)器74LS192圖74LS192具有下述功能:（1）異

20、步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000（2）異步置數(shù)：CR=0 LD=Q Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0（3）保持： CR=0，LD=1, CPU=CPD=1,Q3Q2Q1保持原態(tài)；（4）加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1Q按加法規(guī)律計(jì)數(shù)；（5）減計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1Q按減法規(guī)律計(jì)數(shù);74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CQ為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。BO為借位輸

21、出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。圖5-4 計(jì)數(shù)器74LS192圖2. 譯碼器74LS4874LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中74LS48引腳排列示意圖5-5 :圖5-5 74LS48引腳排列示意圖3. 555定時(shí)器555定時(shí)器的部電路框圖如圖5-6所示:8M21 “1 N-&”-J2、門I(7K) | 兔,I 5 處圖5-6 555定時(shí)器的部電路框圖555定時(shí)器的部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓 VCC/3和2VCC /3 。555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定

22、。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2的同相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于 VCC /3，貝吐匕較器 C2的輸出為1， 可使RS觸發(fā)器置1 ,使輸出端 0UT=1。如果閾值輸入端 TH的電壓大于 2VCC/3,同時(shí)TR端的電壓大于 VCC/3，則C1的輸出為1，C2的輸出為0 ， 可將RS觸發(fā)器置0 ,使輸出為0電平。4. 定時(shí)電路設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過定時(shí)電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間預(yù)置，定時(shí)電路選用5.3控制電路控制電路包括時(shí)序控制和報(bào)警兩個(gè)電路。1. 時(shí)序

23、控制電路時(shí)序控制電路需具有以下幾個(gè)功能：（1）主持人閉合開關(guān)，多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài)；（2）參賽者按鍵時(shí)，搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作；（3）搶答時(shí)間到，無人搶答，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖5-9所示。圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。 圖11的工作原理是：主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時(shí)，來自于圖 中的74LS279的輸出1Q=0,經(jīng)G3反相，A = 1,則時(shí)鐘信號CP能夠加到 74LS192的CPD寸鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)， 貝定時(shí)到信號"為1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí) 現(xiàn)功能1的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間按動搶答鍵時(shí)，1Q= 1，經(jīng)G3反相，A= 0， 封鎖CP信號，定時(shí)器處于保持狀態(tài)。工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功 能2的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，貝U "定時(shí)到信號"為0,使74LS148處于禁止