四路抢答器的plc控制线路的设计

1、目录第一章设计选题及目的 11.1设计选题 11.2设计目的 1第二章功能介绍 22.1主要功能介绍 22.2扩展功能介绍 2第三章总体方案设计模块 3第四章PLC抢答器编程 44.1选定输入、输出设备 44.2控制梯形图 54.3工作过程 64.4程序指令表 64.5外部接线图 错误！未定义书签。第五章单元模块设计 85.1抢答器电路模块 85.2定时电路模块 125.3控制电路 15第六章组装和调试 18参考文献 18致谢 18第一章设计选题及目的1.1设计选题设计选题：四路抢答器的PLC控制电路的设计。控制要求：(1) 抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S1S4表 示。

2、(2) 设置一个系统复位和抢答开始控制开关 S0和S5,该开关由主持人控制， 控制显示结果为S0对应红色指示灯状态，S5对应绿色指示灯状态；设置一个“回 答开始”按钮s6，由主持人控制抢答时间，显示方式是黄色指示灯。(3) 抢答开始控制开关S5按下时方可抢答，竞赛者(4人)若要回答主持人 所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮，对应组的指示灯亮；(4) 优先抢答选手对应的指示灯须等主持人按下复位按钮S0后，指示灯才 熄灭；(5) 如果竞赛者在主持人打开S5开关10秒内抢先按下按钮，竞赛者可得到 一次幸运回答的机会；如果在主持人打开 S5开关10秒内无人抢答，则必须有警 示，此时红色指示灯亮，以示

3、竞赛者放弃该题，系统复位；(6) 在竞赛者抢答成功后，应限定一定的时间回答问题，根据题目难易可设定时间(如1分钟)；此时由主持人控制时间，按下”回答开始”按钮，计时1分钟，计时结束时黄色指示灯灭，回答结束。1.2设计目的通过这次课程设计，灵活运用 pic理论知识，在实践中实现巩固所学知识， 加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想。第二章功能介绍2.1主要功能介绍(1) 竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮；(2) 绿色指示灯亮后，须等主持人按下复位按钮 PB5后，指示灯才熄灭；(3) 如果竞赛者在主持人打开 SWIff关10s内抢先按下按钮，电磁线圈将使

4、 彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会；(4) 如果在主持人打开SW1开关10s内无人抢答，则必须有声音警示，同时 红色指示灯亮，以示竞赛者放弃该题；(5) 在竞赛者抢答成功之后，应限定一定时间回答问题，根据题目难易可设 定时间1mi n；(6) 当主持人打开SW2开关之后计时开始，如果竞赛者在回答问题时超出设 定时限，则红色指示灯亮并伴有声音提示，竞赛者停止回答问题。2.2扩展功能介绍(1) 抢答器具有定时抢答的功能，抢答的时间由主持人设定。当节目主持人 启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。(2) 参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规，发出报警声。(3) 参加选手在

5、设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上 显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。(4) 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，发出短暂的报警声，时间显示器上显示为0。第三章总体方案设计模块图3-1为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清 零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持 人将开关置“开始”状态，宣布“开始”，抢答器工作。定时器倒计时，选手在 定时时间内抢答时，抢答器完成优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之 后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显

6、示剩余时间。如果再次抢答必须由主 持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。图3-1控制流程图第四章PLC抢答器编程4.1选定输入、输出设备输入设备输入端子号抢答按钮 PB110000抢答按钮 PB120001抢答按钮 PB210002抢答按钮 PB220003抢答按钮 PB310004抢答按钮 PB320005抢答按钮 PB410006抢答按钮 PB420007复位按钮 PB50008抢答开始 SW10009限时开关 SW20010输出设备输出端子号绿色指示灯L10500绿色扌曰示灯L20501绿色指示灯L30502绿色指示灯L40503红色指示灯L50504红色指示灯L60505抢答成功输出

7、0506抢答限时结束声音0507回答限时结束声音05084.2控制梯形图系统控制梯形图如图4-1所示000400050000 0500 D5C1 05030502IL00060008 0500 CJ50I 0502/、-H打0502TI-05031 I OS06IL -200图4-1 控制梯形图4.3工作过程（1）由于0500使用他的自身触点（常开触点），在 0000或0001闭合后仍 保持在ON状态（自锁）。同时，将其常闭触点串入其他各回路中，在 0500接通 后，他的常闭触点打开，切断其他抢答回路（互锁）；（2）0501，0502和0503以同样方式动作，自锁继电器在复位按钮 PB5再次

8、动作时将清零；（3）机会选择开关SW1使 0009闭合后，10 s定时器TIM00启动；（4）如果0500, 0501，0502和0503在10 s定时器TM00动作之前任何一个 闭合，则0506变为ON以示抢答成功，同时切断10 s计时显示输出回路，否则输 出声音提示，以示竞赛者放弃该题；（5）常开触点0009断开后，自锁继电器和定时器 TIM00将清零；（6） 抢答成功后，主持人闭合限时开关 SW2使0010闭合后，1 min定时器 TIM01启动，时间到0505和0508闭合，红灯亮并有声音提示停止回答；（7）常开触点0010断开后，定时器TIM01清零，为下一轮抢答做好准备。4.4外部

9、接线图如图4-2:aooa05000001050100020502000305030004050*0005050500050506000?0607oaoe0500口0009COMa 一0010COMcoi图4-2 外部接线图u-L21 口-炉L51AW4.5程序指令表如下表:表4-1程序指令表地址救嶠|地址指令软堀IJ)00(H)0027AND OT()0080001UR0000028A) NOT(J SOOOR05000029AM MFI0003AND M)T00080030AND NOT1订加1AMI) MOT05010031OUT0503 N(n0502 :0032LD0009AND m

10、05030033UM01)()l：T05000100：|8IJ)0002()034LDHMOO0009OR00030035AW) NO l0506闽I-)OR0501 ：0036OU105040011AND NOT00080037(UT0507: 2AND NOT05000038LD广.i ”，0013AND NOT05020039OR： ：001 iAND NOT05030010OR0502OCT05010041OR05030016U)00040042Al)N()rTIMOO0017OR0005 :0013OR0506010也1A XT) XOT馆01004 7JIM01W出AX1) )T0

11、503# 12000?3(JUT0502 :0048U)T1M0I肿2【1.1)0006 *0049OUT，；i J 0025OR00070050()VT0508fii)26()0503 ；0051END第五章单元模块设计5.1抢答器电路模块该电路主要完成两个功能：（1）分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路 显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；（2）禁止其他选手按键，其按键操作无效。电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279来完成。1. 优先编码器74LS14874LS148为8线3线优先编码器，表5-1为其真值表，图5-1为其管脚图I0丫0911

12、丫17I2丫26I374LS148I4Yex14I5I6I7SYs15(a)116215314474LS1481351261171089Y2 YiGN DYoI3I0IlVCCYsI2yex图5-1 （b管脚图表 5-1 74LS148 8线一3线二进制编码器真值表输A输出ST页瑪站函甄函西画石%1XKV.IL11i011111111111D0XJff蚩0D00010XXK01001UI0K拿011DI0010盘XX0L110L1010%X耳0111110uI0XX01111110nI0X0111L11IL00I0011111111L10174LS148工作原理如下：该编码器有8个信号输入端，

13、3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入 使能端ST，输出使能端E0和优先编码工作状态标志GS当ST=0时，编码器工作；而当ST=1时，贝U不论8个输入端为何种状态，3 个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工 作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当ST=0,且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑 0）时，优先编码工作状态标志 GS为 0。表明编码器处于工作状态，否则为 1。由表5-1可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入 0端（优先级 别最低位）有低电平输入时，丫2丫1丫0均为111，出现了输入条件不同而输出代码 相同的情况

14、，这可由GS的状态加以区别，当GS= 1时，表示8个输入端均无低电 平输入，此时丫2丫1丫0=11伪非编码输出；GS= 0时，丫2丫1丫0=11俵示响应输入0 端为低电平时的输出代码（编码输出）。Ys只有在ST为0,且所有输入端都为1时，输出为0,它可与另一片同样器件的 ST连接，以便组成更多输入端的优先编777码器o从表5-1不难看出，输入优先级别的次序为 7, 6，0。输入有效信号 为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输 入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如 5为0，且优先级别比它高的输 入6和输入7均为1时，输出代码为010,这就是优先编码器的工作

15、原理。2. 锁存器74LS279在74LS279中，由于4回路中2回路置位端子为两个，所以使用其一时，整 理两个置位输入作为1个使用，或将另一个输入固定为“H使用。另外，作为稍 微变化74LS279的使用方法，也可将3组作为RS锁存器使用，剩余的RS锁存器 作为2输入NAND1电路使用，复位输入例如1管脚固定为” L”时其输入为” H， 所以可构成将2管脚和3管脚作为输入，输出为4管脚，此变换如图5-2所示。m冋冋冋问阿珂TinirErtt A 4Q 3S. X3Q w tiPii7?M!TnE!a 話图5-2 锁存器74LS279抢答器参考电路如图_5-3所示，其工作过程：开关 S置于清除端

16、时，RS触 发器的 端均为0，4个触发器输出置0,使74LS148的=0,使之处于工作状态。 当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按 下S3），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1,74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=100, 经译码显示为4。此外，1Q= 1,使74LS14A 1,处于禁止状态，封锁其他按键 的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为1 Q= 1, 74LS14A 1,所 以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的 优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答

17、。mR SK S9 ?9 92Q1 rR Si s74LS2T9yiY2toYexYSST74LS14817B E M B 12HIDM卩5iOKflxS图5-35.2定时电路模块该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。一块74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电 路提供。74LS192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据情况设定时间。共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时 间；如果没有人抢答，且倒计时时间到

18、时，输出低电平到时序控制电路，控制74LS48,使0闪烁，同时以后选手抢答无效。1. 计数器74LS192图74LS192具有下述功能：（1）异步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000（2）异步置数：CR=0 LD=Q Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0（3）保持： CR=0，LD=1, CPU=CPD=1,Q3Q2Q1保持原态；（4）加计数：CR=0, LD=1，CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1Q按加法规律计数；（5）减计数：CR=0, LD=1，CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1Q按减法规律计数；74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。CPU为加计数时钟输入端，CPD为

19、减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CQ为进位输出：1001状态后负脉冲输出。BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。Cff iid cd Lb7$ |i4 Ij图5-4 计数器74LS192图2. 译码器74LS4874LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和 单片机系统的显示系统中。74LS48引脚排列示意图5-5 :7A-1a.1BIk =2v C6CDJ .CLe LT-4aI LBI/REO5 _RBI1311Io1514图5-5 74LS48引脚排列示意图3. 555定时器555定时器的内部电路框图

20、如图5-6所示:85kQCl|2-(TK) | 叫,I坨VC2+&31（蔬丁图5-6 555 定时器的内部电路框图555定时器外引脚排图如图5-7所示:图5-7 定时器外引脚排图555定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管 T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3和2VCC/3 。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器 C1的反相输入端的电压为2VCC /3，C2的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR的电压小于 VCC /3，贝吐匕较器

21、 C2的输出为1， 可使RS触发器置1 ,使输出端 0UT=1。如果阈值输入端 TH的电压大于 2VCC/3,同时TR端的电压大于 VCC/3，则C1的输出为1，C2的输出为0 ， 可将RS触发器置0 ,使输出为0电平。4. 定时电路设定一次抢答的时间，通过定时电路对计数器进行时间预置，定时电路选用 十进制同步加减计数器74LS192进行设计，电路如图5-8所示：5.3控制电路控制电路包括时序控制和报警两个电路。1. 时序控制电路时序控制电路需具有以下几个功能：（1）主持人闭合开关，多路抢答器电路和计时电路进入正常状态；（2）参赛者按键时，抢答电路和计时电路停止工作；（3）抢答时间到，无人抢答

22、，扬声器发声，同时抢答电路和计时电路停止工 作。根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图5-9所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。 图11的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于图 中的74LS279的输出1Q=0,经G3反相，A = 1,则时钟信号CP能够加到 74LS192的CPD寸钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时， 贝定时到信号为1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实 现功能1的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q= 1，经G3反相，A= 0, 封锁CP信号，定时器处于保持状态。工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功 能2的要求。当定时时间到时，贝U 定时到信号为0,使74LS148处于禁止工作状 态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路 保持00状态不变，从而实现功能3的要求。图5-9时序控制电路图2. 报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如