四路搶答器的plc控制線路的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機(jī)電傳動(dòng)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： 梧州學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 08機(jī)械2班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 年 月 日專心-專注-專業(yè)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(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)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(jìng)賽活動(dòng)中不可缺少的設(shè)備，無(wú)論是學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，都會(huì)舉辦

2、各種各樣的智力競(jìng)賽，都會(huì)用到搶答器。目前市場(chǎng)上已有的各種各樣的智力競(jìng)賽搶答器絕大多數(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?，F(xiàn)在的搶答器具有倒計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動(dòng)（或手動(dòng)）復(fù)位、報(bào)警（即聲響提示，有的以音樂(lè)的方式來(lái)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(duì)來(lái)說(shuō)就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡(jiǎn)單(有的甚至沒(méi)有顯示電路)，無(wú)法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級(jí)換代。本設(shè)計(jì)要求就是利用PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢(shì)使競(jìng)賽真正達(dá)到公正、公平、公開(kāi)。關(guān)鍵詞: 可編程

3、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(jìng)賽者若要回答主持人所提問(wèn)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；（3）如果如果競(jìng)賽者在主持人打開(kāi)SW1開(kāi)關(guān)10s內(nèi)搶先按下按鈕，電磁線圈將使彩球搖動(dòng)，以示競(jìng)賽者得到一次幸運(yùn)的機(jī)會(huì)；（4）如果在主持人打開(kāi)SW1開(kāi)關(guān)10s內(nèi)無(wú)人搶答，則必須有聲音警示，同時(shí)紅色指示燈亮，以示競(jìng)賽者放棄該題；（5）在競(jìng)賽者搶答成功之后，應(yīng)限定一定時(shí)間回答問(wèn)題，根據(jù)題目難易可設(shè)定時(shí)間；（6）當(dāng)主持人打開(kāi)SW2開(kāi)關(guān)之后

4、計(jì)時(shí)開(kāi)始，如果競(jìng)賽者在回答問(wèn)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(jìng)賽者停止回答問(wèn)題。1.2 設(shè)計(jì)目的通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，靈活運(yùn)用機(jī)電傳動(dòng)控制理論知識(shí)，在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)鞏固所學(xué)知識(shí)，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2.1 主要功能介紹（1）搶答器最多可供4名選手參賽，編號(hào)為14號(hào)，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(kāi)關(guān)S，該開(kāi)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(lái)，直到主持人清零。 （3）開(kāi)關(guān)S作為清零及搶答控制開(kāi)關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開(kāi)關(guān)S被按下時(shí)搶答電路清零，當(dāng)開(kāi)

5、關(guān)S松開(kāi)后則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開(kāi)關(guān)S0S3實(shí)現(xiàn)。 （4）有搶答信號(hào)輸入（開(kāi)關(guān)S0S3中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)被按下）時(shí)，并顯示出相對(duì)應(yīng)的組別號(hào)碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開(kāi)關(guān)均無(wú)效，指示燈依舊“保持”第一個(gè)開(kāi)關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。2.2 擴(kuò)展功能介紹（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(dòng)“開(kāi)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(kāi)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)間內(nèi)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(hào)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

6、時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)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(kāi)關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”，搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)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(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。顯 示電 路搶答按 鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電 路控制電 路主持人控制開(kāi)

7、關(guān)顯示電 路譯碼 電 路定時(shí)電 路秒脈沖產(chǎn)生電路圖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(hào) 搶答按鈕PB11 0000 搶答按鈕PB12 0001 搶答按鈕PB21 0002 搶答按鈕PB31 0004 搶答按鈕PB32 0005 搶答按鈕PB41 0006 搶答按鈕PB42 0007 復(fù)位按鈕PB5 0008 選擇開(kāi)關(guān)SW1 0009 限時(shí)開(kāi)關(guān)SW2 0010 輸出設(shè)備 輸出端子號(hào) 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L

8、6輸出 0505 電磁開(kāi)關(guān)SOL輸出 0506回答限時(shí)聲音輸出 05074.2 控制梯形圖 系統(tǒng)控制梯形圖如圖4-1所示。圖4-1 控制梯形圖4.3 工作過(guò)程（1）由于0500使用他的自身觸點(diǎn)（常開(kāi)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(kāi)，切斷其他搶答回路（互鎖）；（2）0501，0502和0503以同樣方式動(dòng)作，自鎖繼電器在復(fù)位按鈕PB5再次動(dòng)作時(shí)將清零；（3）機(jī)會(huì)選擇開(kāi)關(guān)SW1使0009閉合后，10 s定時(shí)器TIM00啟動(dòng)；（4）如果0500，0501，0502和0503在10 s定時(shí)器TM00動(dòng)作之

9、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(jìng)賽者放棄該題；（5）常開(kāi)觸點(diǎn)0009斷開(kāi)后，自鎖繼電器和定時(shí)器TIM00將清零； （6）搶答成功后，主持人閉合限時(shí)開(kāi)關(guān)SW2使；0010閉合后，2 min定時(shí)器TIM01啟動(dòng)，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(kāi)觸點(diǎn)0010斷開(kāi)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4.5 外部接線圖如圖4-2:圖4-2 外部接線圖第五章 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

10、先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（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(wú)效。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 來(lái)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。圖5-1 管腳圖表5-1 74LS148 8線3線二進(jìn)制編碼器真值表74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個(gè)信號(hào)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EO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)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，

11、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，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(lái)有效的情況。當(dāng)ST=0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（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(wú)低電平輸入信號(hào)和只有輸入0端（優(yōu)先級(jí)別最低位）有低電平輸入時(shí)，Y2Y1Y0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)GS1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入，此時(shí)Y2Y1Y0=111為非編碼輸出；GS0時(shí)，Y2Y1Y0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）

12、。Ys只有在ST為0，且所有輸入端都為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)先編碼器。 從表5-1不難看出，輸入優(yōu)先級(jí)別的次序?yàn)?，6，0。輸入有效信號(hào)為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端無(wú)低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對(duì)應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0，且優(yōu)先級(jí)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，

13、也可將3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器作為2輸入NAND門電路使用，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(guò)程：開(kāi)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(kāi)關(guān)S置于開(kāi)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)，4Q3Q2Q=100,經(jīng)譯碼顯示為4。此外，1Q1，使74LS1481，

14、處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為Q1，74LS1481，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，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(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。 圖5-3 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(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)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

15、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)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制74LS48，使0閃爍，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。1. 計(jì)數(shù)器74LS192圖74LS192具有下述功能： （1）異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000；（2）異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0；（3）保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)；（4）加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù)； （5）減計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CP

16、U=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0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。 CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出 。BO為借位輸出：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(dòng)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)器的內(nèi)部電路框圖如圖5-6所示：

17、圖5-6 555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖555 定時(shí)器外引腳排圖如圖5-7所示：圖5-7 定時(shí)器外引腳排圖555定時(shí)器的內(nèi)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(jí)。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。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，則比較器 C2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使

18、輸出端 OUT=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(guò)定時(shí)電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間預(yù)置，定時(shí)電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路如圖5-8所示：圖5-8 定時(shí)電路圖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(kāi)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(wú)人

19、搶答 ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,同時(shí)搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。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(hào)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(kāi)關(guān)從清除位置撥到開(kāi)始位置時(shí)，來(lái)自于圖4.1.3中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)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)，則定時(shí)到信號(hào)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)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng) G3反相，A0，封鎖 CP信號(hào)，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)，則定時(shí)到信號(hào)為0，使74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能3的要求。圖5-9 時(shí)序控制電路圖2. 報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖5-10所示。其中555和R1、R2、C1等組成可控多諧振蕩器，其輸出信號(hào)由