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文檔簡介

搶答器設(shè)計 江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱: 電氣控制與PLC應(yīng)用 設(shè)計題目: 搶答器設(shè)計 班 級: 自動化0904 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 評 分: 2012年6月28日摘要:本文針對基于西門子300系列PLC的8路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究,以期實(shí)現(xiàn)基本的搶答互鎖、超時報警以及部分基本的顯示功能。其中顯示功能依賴于數(shù)據(jù)傳輸指令,我們特地進(jìn)行了預(yù)習(xí),經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明方案可行,充分鍛煉了我們的學(xué)習(xí)能力。為了體現(xiàn)PLC的編程特色,本課程設(shè)計報告的主要內(nèi)容集中在程序的編寫思路與細(xì)節(jié)分析環(huán)節(jié)。為了使結(jié)構(gòu)緊湊,對程序分析時若有若干類似環(huán)節(jié),在特殊說明后不再反復(fù)贅述,此外使用了變量定義以增強(qiáng)可讀性。關(guān)鍵詞:PLC 搶答器一、設(shè)計目的與要求1.1設(shè)計目的實(shí)用搶答器這一產(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器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的,只具有搶答鎖定功能的一個電路,即模擬電路、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時、定時、自動(或手動)復(fù)位、報警(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)計要求就是利用PLC作為核心部件進(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。1.2基本要求1、搶答器同時供8名選手或8個代表隊(duì)比賽,分別用8個按鈕S0S7表示2、設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S,該開關(guān)由主持人控制。3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕,鎖存相應(yīng)的編號,并在LED數(shù)碼管上顯示,同時揚(yáng)聲器發(fā)出鈴聲進(jìn)行提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存,優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4、搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)主持人啟動“開始”按鍵后,定時器進(jìn)行減計時,同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響,聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5、參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,定時器停止工作,顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6、如果定時時間已到,無人搶答,本次搶答無效,系統(tǒng)報警并禁止搶答,定時顯示器上顯示00.二、儀器設(shè)備及硬件線路2.1開發(fā)環(huán)境PLC:西門子300系列PLC操作系統(tǒng):WinXP開發(fā)平臺:STEP7開發(fā)語言:LAD2.2外圍器件開關(guān)板:8*3撥動開關(guān)揚(yáng)聲器*3:報警用揚(yáng)聲器(*1)、提示用揚(yáng)聲器(*2)LED*8:顯示搶答組亮燈數(shù)碼管*3:顯示搶答組別(*1)、剩余時間(*2)其他器材:螺絲刀、導(dǎo)線等2.3硬件線路連接搶答桌SS7S6S5S4S3S2S1S0三、設(shè)計思路與原理 經(jīng)對設(shè)計要求分析,對本次設(shè)計有以下幾點(diǎn):1、 參賽選手控制的開關(guān)應(yīng)該選用跳沿有效,且上升沿和下降沿并聯(lián)有效。2、 數(shù)碼管顯示功能,相對復(fù)雜,需要顯示搶答者的組別,還有顯示計時器的剩余時間,剩余時間的顯示又相對更復(fù)雜。3、 在進(jìn)行設(shè)計之前我們確定了各功能的實(shí)現(xiàn)方式:1) 時間限制:定時器2) 跳沿信號保持:中間繼電器自鎖3) 搶答互鎖:引入使能端作為信號有效的先決條件4) 各個蜂鳴器:定時器5) 組別的數(shù)碼管顯示:從接LED的Q讀取狀態(tài),作為MOVE模塊使能端6) 獲取剩余時間:從30s定時器的BCD輸出獲取7) 顯示剩余時間:將讀取的BCD位邏輯作為MOVE模塊使能端3.1設(shè)計電路分析 3.2 MOVE原理 MOVE模塊是數(shù)據(jù)傳送指令,當(dāng)使能端Eable有效時,PLC將IN入口參數(shù)自動賦值給OUT端口,OUT端口用字節(jié)選址,IN端口可以用字節(jié)選址,也可以使用立即數(shù),在本課程設(shè)計中,MOVE起到根據(jù)需求,將數(shù)碼管賦值給預(yù)先設(shè)置好的輸出口(直接接數(shù)碼管的各段)3.3數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管是常用的顯示器件,有共陰極和共陽極兩種接法,本課程設(shè)計中采用共陰極接法,0到9的數(shù)字十六進(jìn)制段碼依次如下:3f ,06 , 5b , 4f , 66 , 6d , 7d , 07 , 7f , 6f 。本設(shè)計中,將Q的每一位分別接到每一段的陽極,接法如下:PLC輸出數(shù)碼管段QX.0aQX.1bQX.2cQX.3dQX.4eQX.5fQX.6gQX.7h四、引腳分配端口功能I0.1組1開關(guān)I0.2組2開關(guān)I0.3組3開關(guān)I0.4組4開關(guān)I0.5組5開關(guān)I0.6組6開關(guān)I0.7組7開關(guān)I1.0組8開關(guān)I0.0主持人開關(guān)端口功能備注T130s定時限時用T20.5s定時開始提示用T31s定時搶答提示用Q4.0第1組搶到連接對應(yīng)LED燈Q4.1第2組搶到Q4.2第3組搶到Q4.3第4組搶到Q5.0第5組搶到Q5.1第6組搶到Q5.2第7組搶到Q5.3第8組搶到Q4.4接蜂鳴器開始計時提示Q4.5接蜂鳴器超時報警Q4.7接蜂鳴器搶答成功提示QB6接數(shù)碼管顯示組別QB12接數(shù)碼管剩余時間個位QB13接數(shù)碼管剩余時間十位M1.0已有人成功搶答M1.1時間到M1.2搶答使能端實(shí)現(xiàn)互鎖M2.0檢驗(yàn)S0跳沿電平保持M2.1檢驗(yàn)S1跳沿M2.2檢驗(yàn)S2跳沿M2.3檢驗(yàn)S3跳沿M2.4檢驗(yàn)S4跳沿M2.5檢驗(yàn)S5跳沿M2.6檢驗(yàn)S6跳沿M2.7檢驗(yàn)S7跳沿M10.0剩余時間十位,BCD_0M10.1剩余時間十位,BCD_1M11.0剩余時間個位,BCD_0M11.1剩余時間個位,BCD_1M11.2剩余時間個位,BCD_2M11.3剩余時間個位,BCD_3M2.0用于暫存S0狀態(tài)PLC對跳沿檢測必須存在暫存上一狀態(tài)的區(qū)間M20.1M20.2用于暫存S1狀態(tài)M20.3M20.4用于暫存S2狀態(tài)M20.5M20.6用于暫存S3狀態(tài)M20.7M21.0用于暫存S4狀態(tài)M21.1M21.2用于暫存S5狀態(tài)M21.3M21.4用于暫存S6狀態(tài)M21.5M21.6用于暫存S7狀態(tài)M21.7五、程序設(shè)計5.1程序流程圖主持人閉合開關(guān)30s定時器清零0.5s到?開始提示蜂鳴器響N開始提示蜂鳴器關(guān)到時?30s計時器開始工作NY30s定時器停止工作有搶答?NYY搶答失敗禁止搶答讀剩余時間送數(shù)碼管23讀剩余時間送數(shù)碼管23信號自鎖搶答互鎖搶答提示蜂鳴器響1s到?NY搶答提示蜂鳴器關(guān)LED輸出送數(shù)碼管1主持人斷開開關(guān)搶答鎖存復(fù)位5.2程序流程說明在每次搶答開始前,主持人斷開開關(guān),對搶答狀態(tài)鎖存復(fù)位,同時30s定時器停止工作,當(dāng)再次閉合開關(guān)時,所有狀態(tài)被重置。1、30s定時器,0.5s定時器開始工作(提供蜂鳴器輸出)2、30s定時器計時完畢,答題失敗,不允許再搶答3、30s到之前,有一個選手搶答,則跳沿檢測信號自鎖,信號保持;復(fù)位使能端,其他選手不可搶答實(shí)現(xiàn)互鎖;根據(jù)搶答輸出,點(diǎn)亮選手?jǐn)?shù)碼管;1s定時器提供搶答提示音;30s計數(shù)器停止及時,對應(yīng)數(shù)碼管維持原值不變。5.3程序軟件設(shè)計及分析:程序段1:30s定時器程度端2到9:選手的搶答信號為跳沿有效,即將開關(guān)由0撥至1或由1撥至0,均產(chǎn)生有效的搶答信號,為此采用跳沿檢測與置位指令的配合來實(shí)現(xiàn)。這種類型的程序共有8個。程序段10:在新的一輪搶答開始之前,必須將6.2中鎖存的搶答信號清空,否則會造成系統(tǒng)的誤判,使某一組在未撥動開關(guān)。為實(shí)現(xiàn)此功能,可以采用主持人開關(guān)的低電平有效觸發(fā)對應(yīng)M復(fù)位來實(shí)現(xiàn)。程序段11到18:搶答有效信號輸出(8):上述中間繼電器M2.0M2.7只提供對有效跳沿的搶答信號鎖存,未實(shí)現(xiàn)互鎖,為此,通過M觸發(fā)Q,并在此環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)互鎖功能。程序段19:搶答輸出使能端(搶答互鎖):當(dāng)有一組有搶答信號的有效輸出時,將使M1.2置位,使其他組不能再搶答,即優(yōu)先鎖存,實(shí)現(xiàn)原理見6.4節(jié)。M1.2信號的檢測原理很簡單,即在有效時間內(nèi),若有一組有效輸出,則M1.2置位。程序段20到21:延時5s蜂鳴器短暫鳴響程度端22:判斷是否有人搶答,當(dāng)任何一組搶答有效后,應(yīng)及時置位M1.0信號,使定時器停止計時。 程序段23到25:為蜂鳴器輸出,蜂鳴器共三個,分別是開始計時提示,超時報警,搶答成功提示 程序段26到34:為顯示搶答選手號(x8)顯示程序 程序段35到48:其中35到38為計時器顯示程序中的十位顯示分別為1,2,3。39到48為計時器計時時間顯示中的個位顯示所有的使能端、MOVE模塊如下表:個位顯示使能端INOUT顯示數(shù)字M10.1M10.03常開常開79QB112常開常閉91QB111常閉常開6QB110常閉常閉63QB11十位顯示使能端INOUT顯示數(shù)字M11.7M11.6M11.5M11.40常閉常閉常閉常閉63QB101常閉常閉常閉常開6QB102常閉常閉常開常閉91QB103常閉常閉常開常開79QB104常閉常開常閉常閉102QB105常閉常開常閉常開109QB106常閉常開常開常閉125QB107常閉常開常開常開7QB108常開常閉常閉常閉127QB109常開常閉常閉常開111QB10六、心得體會此次課程設(shè)計以分組的方式進(jìn)行,每組有一個題目。我們做的是搶答器。通過前期各方面的查資料并學(xué)習(xí)。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會,提高了與人合作的意識與能力。 并且很榮幸的成為第一個完成搶答器設(shè)計的小組。前后,我們經(jīng)歷了簡單的四路搶答設(shè)計,到違規(guī)報警與違規(guī)限制的八路搶答設(shè)計,到跳沿有效的八路搶答設(shè)計,到最后的帶LED顯示的跳沿有效八路搶答設(shè)計,這個過程充分

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