plc課程設計-搶答器

1、<p>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　設計（論文）題目 兒童教授對決賽搶答器 </p><p>　　注：1. 任務書由指導老師填寫. 2. 任務書必須在第七學期第13周前下達給學生</p><p>

2、;<b>　　目 錄</b></p><p>　　課程設計任務書……………………………………………………………………1</p><p>　　兒童、教授對決賽搶答器…………………………………………………………2</p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………2</p><p>　　關

3、鍵詞………………………………………………………………………………2</p><p>　　Children，Professor finals Responde …………………………………………………2</p><p>　　ABSTRACT …………………………………………………………………………2</p><p>　　Key words………………………………………

4、……………………………………2</p><p>　　1課程設計目的………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 課程設計使用的儀器和器件…………………………………………………3</p><p>　　1.1.1 定時器………………………………………………………………………4</p><p>　　1.1.2

5、 三極管………………………………………………………………………5</p><p>　　1.2 PLC的簡介……………………………………………………………………</p><p>　　1.3 PLC的特點………………………………………………………………………</p><p>　　2 課程設計方法和內容………………………………………………………………7</p>

6、<p>　　2.1 封鎖電路………………………………………………………………………7</p><p>　　2.2 定時電路………………………………………………………………………9</p><p>　　2.3 報警電路 ……………………………………………………………………10 </p><p>　　2.4.程序源代碼…………………………………………………

7、……………13</p><p>　　3 兒童、教授對決賽搶答器總電路圖 …………………………………………</p><p>　　4 系統(tǒng)功能調試…………………………………………………………………</p><p>　　5 參考文獻 ……………………………………………………………………16</p><p>　　兒童、教授對決賽搶答器</p&g

8、t;<p>　　自動化專業(yè)學生 門學明</p><p>　　指導教師 侯建華</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　搶答器是在知識競賽、文體娛樂活動（搶答活動）中，能準確、公正、直觀的判斷出搶答者的機器。通過搶答者所處位置的指示燈顯示、語音提醒、數(shù)字顯示、警示顯示等手段篩選出搶答違規(guī)者

9、或一個搶答成功者。此設計一個搶答器，在搶答比賽中，兒童二人參賽且其中任一人按鈕可搶得，學生一人組隊。教授二人參加比賽且二人同時按鈕才能搶得。主持人宣布開始后方可按搶答按鈕。主持人臺設復位按鈕，搶得及違例由各分臺燈指示。有人搶得時有幸運彩球轉動，違例時有警報聲。</p><p>　　關鍵詞：封鎖電路 定時電路 三極管</p><p>　　Children，Professor finals R

10、esponder</p><p>　　Student majoring in Automation major menxueming</p><p>　　Tutor houjianhua</p><p><b>　　ABSTRACT：</b></p><p>　　Responder is a knowl

11、edge contest, sports and entertainment activities (Responder activities) in an accurate, fair and intuitive determine the answer in those machines. Answer by location through the lights display, voice reminders, digital

12、display, warning display and other illegal means to filter out the answer or an answer winner. The design of a responder responder, in the game, children two contestants and any button can have a team of people, students

13、. Professor two people to participate in</p><p>　　Key words：Blocking circuit Timing circuit Transistor</p><p><b>　　方案設計與論證</b></p><p>　　搶答器的基本工作原理：</p><p

14、>　　當主持人按下“開關”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號顯示在電子顯示管上并伴有響聲。</p><p>　　此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復位鍵則編號顯示處不作任何顯示。</p><p>　　然后主持人就按下計時開關，選手開始作答，作答的時間少于60秒，以倒數(shù)的方式進行，而且通過顯示屏把時間顯示出來。</p><p>

15、　　當選手作答僅剩10秒時，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時，計時器不再進行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。</p><p>　　此時選手仍沒有作答成功，則主持人會對該選手進行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分數(shù)也是通過計分器顯示出來。</p><p>　　之后主持人按下開關，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進行下一次答題。</p><p>

16、<b>　　原理框架圖（圖1）</b></p><p><b>　　圖1.原理框架圖</b></p><p>　　方案一、對照上面原理框架圖，各個主要的部分選用對應功能的芯片進行設計，如果在仿真時沒能找到相應的芯片則用相近的。比如在選手搶答時的輸入用74148優(yōu)先編碼器進行編碼讓一個輸入有效，并用七段顯示譯碼器顯示出臺號。</p>

17、<p>　　方案二、對照框架圖，選用各種邏輯站以及相關的邏輯函數(shù)進行設計，編號進直接把鎖存器的輸出轉化8421BCD碼，并通過邏輯函數(shù)表達式的方式輸入到顯示譯碼器中讓其顯示出來。</p><p>　　通過比較可以得出方案一更可行，理由在于芯片組上集成的功能要強大些，且用的元器件的數(shù)目會相對少一些這樣會更美觀而且不容易出錯。</p><p><b>　　1 課程設計目的&

18、lt;/b></p><p><b>　　一、設計內容與要求</b></p><p>　　設計搶答器，在某搶答比賽，兒童二人參賽且其中任一人按鈕可搶得，學生一人組隊。教授二人參加比賽且二人同時按鈕才能搶得。主持人宣布開始后方可按搶答按鈕。主持人臺設復位按鈕，搶得及違例由各分臺燈指示。有人搶得時有幸運彩球轉動，違例時有警報聲。</p><p&g

19、t;　　本設計為四人參賽的搶答器，能準確分辨、記錄第一個有效按下?lián)尨疰I者，并用聲、光指示；</p><p>　　主持人沒有宣布搶答開始時，搶答不起作用。主持人宣布搶答開始時，按“開始”鍵，搶答開始，同時啟動計時器計時；</p><p>　　課程設計使用的儀器和器件</p><p>　　1.1.1 定時器 555定時器內部結構的簡化原理圖如下，它由3個阻值為5

20、k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器G 組成。</p><p>　　定時器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Rd為復位輸入端，當Rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應將其接高電平。</p><p>　　圖1.1 555結構原理圖</p><p

21、>　　由圖可知，當5腳懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。</p><p>　　當VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導通，輸出端Vo為低電平。</p><p>　　當VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平,比較器

22、C2輸出輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。</p><p>　　當VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　表1.1 555功能表</p><p><b>　　1.1.2 三極管</b></p&

23、gt;<p>　　在這次設計的用于競賽的搶答器，電路圖時很簡單，組成器件應該說都是數(shù)電和模電中很常見的。</p><p>　　關于模電中用到的器件主要是三極管、發(fā)光二極管以及電容等。在模電中主要學習了三極管的放大功能和開關作用，而在這次設計的電路中，主要是運用了三極管的開關作用。</p><p>　　三極管的三種工作狀態(tài)：1當、、β三極管正向導通，此時工作在放大狀態(tài)；2當、、

24、>/β時，三極管工作在保和區(qū)；3當、時，三極管工作在截止區(qū)。其中三極管的開關作用就是利用了它的2、3兩點性質。 </p><p>　　而這次主要用到的器件都是來自數(shù)電中，比如：觸發(fā)器、邏輯門、譯碼器、數(shù)碼管以及555定時器等。而在使用中各個器件也不是獨立工作。</p><p>　　JK出觸發(fā)器如圖功能有：</p><p>　?、胖鲝腏K觸發(fā)器具有置位、復位、保

25、持（記憶）和計數(shù)功能； </p><p>　?、浦鲝腏K觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式，觸發(fā)翻轉只在時鐘脈沖的負跳變沿發(fā)生； </p><p>　?、遣淮嬖诩s束條件，但存在一次變化現(xiàn)象。 </p><p>　　⑷產生一次變化的原因是因為在CP=1期間，主觸發(fā)器一直在接收數(shù)據(jù)，但主觸發(fā)器在某些條件下（Q=0，CP=1期間J端出現(xiàn)正跳沿干擾或Q=1，CP=1期間K端出現(xiàn)正跳沿干

26、擾），不能完全隨輸入信號的變化而發(fā)生相應的變化，以至影響從觸發(fā)器 狀態(tài)與輸入信號的不對應。</p><p>　　此次用3個JK觸發(fā)器主要是構成三位二進制倒計時器計數(shù)器，其中前一個JK觸發(fā)器的Qn端接下一個JK觸發(fā)器CP端。CLR接主持人控制端。</p><p>　　集成555定時器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結合在一起的中規(guī)模集成電路,因集成電路內部含有3個5千歐電阻而得名,在控制、定時

27、、檢測、放聲、報警等方面有著廣泛的應用。而這次是將555夠成一個多諧振蕩器。</p><p>　　D觸發(fā)器如圖，其功能有：</p><p>　?、?D觸發(fā)器具有接收并記憶信號的功能，又稱為鎖存器。</p><p>　?、?D觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式。</p><p>　?、?D觸發(fā)器不存在約束條件和一次變化現(xiàn)象，抗干擾性能強，工作速度快。<

28、;/p><p>　　而這次正是利用了的以上功能來構成一個簡單的搶答器。</p><p>　　綜上所述可知在本次設計的電路中，RS邊沿D觸發(fā)器有四個，其作用是用來鎖存非最先搶答者的搶答信號。而三個JK觸發(fā)器則是構成了一個減法計數(shù)器且和555定時器一起使用，形成一個倒計時器，555是為JK觸發(fā)器定時提供提夠脈沖，使JK觸發(fā)器工作。4511譯碼器將JK觸發(fā)器輸出的信號轉換成能夠在數(shù)碼管上顯示的有效信

29、號。還有就是74190可逆計數(shù)器，主要是用來計算選手得分情況</p><p>　　1.2 PLC的簡介</p><p>　　PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器，可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械和生產過程。PLC及其有關的外圍設備，都應按易于

30、與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體，易于拓展其功能的原則設計。</p><p>　　PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降，使PLC的成本下降，同時又由于PLC的功能大大增強，使PLC 的應用越來越廣泛，廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。</p><p>　　1.3 PLC的特點&

31、lt;/p><p>　　⑴ 抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/

32、10--1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 </p><p>　　而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。</p><p>　　微機雖然具有很強的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁波干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機不能正常工作。而PLC在電子線路、機

33、械結構以及軟件結構上都吸收了生產控制經驗，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個生產廠家生產的PLC，平均無故障時間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達到了幾十萬小時。</p><p>　?、?控制系統(tǒng)結構簡單、通用性強、應用靈活 PLC產品均成系列化生產，品種齊全

34、，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應的輸入、輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，修改接線量很小。同一個PLC裝置有、用于不同的控制對象，只是輸入、輸出組件和應用軟件不同而已。</p><p>　　⑶ 編程方便，

35、易于使用 PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，深受現(xiàn)場電氣技術人員的歡迎。</p><p>　?、?功能完善，擴展能力強 PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關量處理的繼電器類軟件，可輕松地實現(xiàn)大規(guī)模的開關量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不

36、能實現(xiàn)的。PLC內部具有許多控制功能，能方便地實現(xiàn)D/A、A/D轉換及PID運算，實現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網功能，他不僅可以控制一臺單機，一條生產線，還可以控制一個機群，許多生產線。他不但可以進行現(xiàn)場控制，還可以用于遠程控制。</p><p>　?、?PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便 PLC中相當于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木

37、式結構，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點、內存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設計人員只要一臺PLC就可進行控制系統(tǒng)的設計可在實驗室進行模擬調試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場調試，工作量很大且繁難。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因，便于迅速處理，及時排除。</

38、p><p>　?、?結構緊湊 體積小、重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化。</p><p>　　由于以上特點，使得PLC獲得極為廣泛的應用。</p><p>　　2 課程設計方法和內容</p><p><b>　　2.1 封鎖電路</b></p><p>　　封鎖電路的主要功能是分辨選手按鍵的先后，并能

39、把第一個搶答者的編號鎖存起來，并使其他選手的按鍵操作無效。實現(xiàn)該電路的功能的主要芯片是74175（圖1為功能表，圖2為邏輯功能圖，圖3為鎖存器電路）</p><p><b>　　表2.1</b></p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　工作原理：當主持人控制開關處于“清零”位置時該電路清零即當RD

40、接低電平時，，，，全為低電平，各顯示燈均熄滅，即此時封鎖器電路不工作，當主持人將開關撥到“開始”后即RD為高電平時，此時鎖存器處于工作狀態(tài)，即搶答器電路處于等待工作狀態(tài)。這時當有選手將按鍵按下時（如按下SW2）。此時=1，由D觸發(fā)器的功能可知，此時=1，=0。當=0時，經過與非門變?yōu)?再經過非門變?yōu)?，再和4個選手組成的或門邏輯器再與，選手就可以通過開關來搶答，而且只有一次輸入變化，因此CP只接收到一次的電平變化，因此那就后就保持了第一

41、次的輸出所以就封鎖了CP的輸入，此時74175不再工作，從而實現(xiàn)了封鎖其他選手的作答。只有在第一個人答完以后，由主持人操作清零開關使搶答器電路復位，才能進行下一的搶答。</p><p>　　2.2. 定時電路</p><p>　　節(jié)目主持人通過按復位鍵來進行搶答倒計時。如圖2.2。定時9秒，把74LS192</p><p>　　對應的9，10，1，15四個端子預置

42、為“1001”。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路555提供。當復位開關按下時，給74ls192一個低電平，從而開始倒計時，每來一個脈沖信號進行減計數(shù)一次。當有選手搶答或借位信號時，就使得74ls192的輸入脈沖變成低電平，從而實現(xiàn)倒計時的停止。再按復位鍵時，再一次倒計時。</p><p>　　圖2.2 定時電路</p><p><b>　　2.3報警電路</b><

43、;/p><p>　　由74ls121和蜂鳴器構成的報警電路，但仿真中沒有74ls121，因此用功能相同的MONOSTABLE VIRTUAL（后文簡稱A1）來代替仿真，如圖2.3所示。其中A1的脈沖輸入端是由復位信號和Q非的與信號和借位信號與在一起來提供的。當其中一個信號為低電平時，使得A1得到一個下降沿脈沖，從而使A1的Q端輸出一個寬度為一秒的高電平，那么蜂鳴器就會響一秒。反之，電路停振，蜂鳴器不響。 </p

44、><p>　　圖2.3 報警電路</p><p>　　3 兒童、教授對決賽搶答器總電路圖 </p><p><b>　　4.系統(tǒng)功能調試</b></p><p>　　這次設計的搶答器電路圖簡單，很多芯片的邏輯功能也都很清楚所以在調試時可以前判斷該電路會是怎樣的結果，對于這個搶答器,它涉及的大多都是數(shù)字電路的問題.所需要調

45、試的值并不多.首先將各個模塊連接到一起后,注意檢查各個部分是否連接正確, 還得仔細地看一下所用器件的型號是不是我們要的那種,在確保連接無誤的情況下.那就能將整個電路進行防真了。按動各個按鍵，看看各管腳的電平變化是不是正確的，同時觀察各個集成器件的各個管腳的電平變化情況，以及數(shù)碼顯示器的顯示是否正確.如有不正確的就將其逐個問題解決了再進行后面的調試，直到所有問題都解決了為止。</p><p>　　當連接好所有電路后

46、，我們小組幾個人一起，讓一個人當主持人，另外幾個當選手進行試驗。首先主持人斷開控制開關，宣布搶答開始，當有選手搶答時,該選手的指示燈閃爍，并且揚聲器也鳴叫提示其他選手停止搶答，但該選手回答玩主持人的問題后，主持人宣布他回答是否正確，正確或錯誤就用計分器相應給他加（減）分。</p><p>　　另外也測試了當主持人合攏搶答開關時，看能否搶答。結果和預測的一樣是不能搶答的。</p><p>　

47、　本次實驗所用的仿真軟件為ISIS,由于ISIS比較簡單易懂,比較適合初學者使用,但ISIS存在仿真元件不齊的問題.所以在仿真過程中會遇到一些找不到元件的問題,這就需要我們尋找其他的相同功能的元器件進行替代.這是我們在用ISIS中應該最注意的問題. 總之在用ISIS仿真中我們多多少少會遇到一些問題,我們應當盡量去解決這些問題,得到我們所需要的仿真效果. </p><p>　　此搶答器設計是按要求一步一步完成的

48、，因此主要功能有三個：</p><p>　?、?搶答器的搶答功能，它能準確分辨、記錄第一個有效按下?lián)尨疰I者信息</p><p><b>　　用聲、光指示。</b></p><p>　?、?具有倒計時功能，這樣可以加強現(xiàn)場氣氛，增加緊迫感。若預定時間無，</p><p>　　倒計時器的顯示為0，并且指示燈亮起，提示選手不能

49、搶答。</p><p>　?、?還具有計分功能，即統(tǒng)計選手得分情況。</p><p><b>　　5 結論與心得</b></p><p>　　本次課程設計對于我的課題的要求基本上實現(xiàn)了。這次課程設計時間有點匆忙，雖然大部分的功能都實現(xiàn)了，但是還是會存在不完美的地方，實在是時間有點緊，沒辦法做長時間的修改。</p><p>

50、;　　設計進行地比較成功，對常用的芯片無論是從功能上，還是構造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動手能力，平時看書都能看得明白，但是到了仿真的時候還是會出現(xiàn)很多的問題，有時候一個小失誤致使整個電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯誤，但是還是能過一次次的調試，一次次地去修改最后得出了成品。也學了一個新的軟件，這也是很重要的。</p><p>　　反正這次課程設計收獲也不少，但是如果時間能夠再充分一點，我相信自己能夠做得更好。