四路抢答器的plc控制线路的设计

1、机电传动控制课程设计设计题目：四路抢答器PLC控制电路的设计学校：学院专业：机械设计制造及其自动化班级：08机械2班姓名：学号：指导老师：年 月曰摘要随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所 有的控制领域。现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多 品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一需求，生产设备的控制系 统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生。而实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、 工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答 器。目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答

2、器绝大多数是早期设计的，只具 有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相 结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高， 显示方式简单（有的甚至没有显示电路），无法判断提前抢按按钮的行为，不便于 电路升级换代。本设计要求就是利用 PLC乍为核心部件进行逻辑控制及信号的产 生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。关键词：可编程控制器 抢答器PLC 模拟电路 数字电路目录第一章设计选题及目的

3、 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 44.3工作过程 54.4程序指令表 64.5外部接线图 7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 115.3控制电路 15第六章组装和调试 18参考文献 19致 20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）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

4、；（3）如果如果竞赛者在主持人打开 SW1开关10s抢先按下按钮，电磁线圈将 使彩球摇动，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；（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。1.2设计目的通过这次课程设计，灵活运用机电传动控制理论知识，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

5、.1主要功能介绍（1）抢答器最多可供4名选手参赛，编号为14号，各队分别用一个按钮（分 别为S0S3控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。（2）抢答器具有数据锁存功能，并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到 主持人清零。（3）开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时 抢答电路清零，当开关S松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关 S0S3 实现。（4）有抢答信号输入（开关S0S3中的任意一个开关被按下）时，并显示出 相对应的组别。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。2.2扩展功能介绍（

6、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）参加选手在设定的时间抢答，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

7、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PB310004抢答按钮PB320005抢答按钮PB410006抢答按钮PB420007复位按钮PB50008选择开关SW10009限时开关SW20010输出设备输出端子

8、号绿色指示灯L1输出0500绿色指示灯L2输出0501绿色指示灯L3输出0502绿色指示灯L4输出0503红色指示灯L5输出0504红色指示灯L6输出0505电磁开关SOL输出05064.2控制梯形图系统控制梯形图如图4-1所示0008 OSOC000UUWD5C2501 I004Q006 05CC 0501 0503W030009 0500 0502 05030003M)6000$ 0500 05D1 0602 严、LLl ir 4T dTtC0503QXTTHE0503 1 H*0100TINO0云II<S>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（

9、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 TIM

10、00将清零；（6）抢答成功后，主持人闭合限时开关 SW2使;0010闭合后，2 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程序指令表如下表：表4-1程序指令表地址感lit1 ?(><)(LI)uug*1 0027AND NOT' *：' E 吧(OOU10028AND N(>'l 5 000002OR00? 9AND NOTANN Ni ITUU*HJAND NOT05 02AND N<05019031OCT处殆0005W

11、H >J<»T0502汕昭1.11wiM* 1006NO I0503003TIM(Ki0007OUT0500沖 V1WJLI>0002O03IIJ)TlMou“阳ANU<)R0501OUT临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；初网<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外部接线图如图4-2:-00000S00000105010002000395030004050400050505000BD5060007D

13、60T0008050600090010COMwOm图4-2 外部接线图yn¥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116215>6 314I7 474 LS14813S(E)512丫2 611丫1 一710GND 89VccYsIexI

14、卫EYo图5-1 (|管脚图術A辆I出顾阿7737巫W呢顾站石耳Fax石1XXK1t11I0L11111111L110ROr00a1aKX星010101nXWS0寸1（11訂n10茎SX0111011010XXX01111_10001uX0111111010 10專0111111110010011111111L10174LS148工作原理如下：该编码器有8个信号输入端，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，

15、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，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

16、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

17、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。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，4Q3Q2

18、Q=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。5/i持制 荣Kflo+5v门 TTTTTTTmA2 Al ADIJMM*Y2TO9LTRBIJj74LS46 /RBO«-s一R3Q R SML52T9¥ I15ST1774L5148Tex ys1413图5

19、-3抢答器参考电路图5.2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输出低电平到时序控制电路，控制间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 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

20、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

21、出：0000状态后负脉冲输出。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 :图5-5 74LS48引脚排列示意图3. 555定时器555定时器的部电路框图如图5-6所示:8M21 “1 N-&”-J2、门I(7K) | 兔,I 5 处图5-6 555定时器的部电路框图555定时器的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

22、。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 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

23、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，扬声器发声，同时抢答电路和计时电路停止工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