PLC課程設(shè)計數(shù)碼顯示搶答器

1、河南機電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計報告書 課程名稱： 課題名稱： 數(shù)碼顯示搶答器 系部名稱： 自動控制工程系 專業(yè)班級： 自動化姓 名： xxx學(xué) 號： 年月日設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計目的： 設(shè)計一個知識競賽用的搶答器數(shù)碼顯示系統(tǒng)。該搶答器共有四個搶答按鈕，一個搶答開始啟動按鈕，一個演示按鈕。模擬面板如下圖所示：設(shè)計要求：1. 按下sd按鈕后10秒之內(nèi)可以進(jìn)行搶答器顯示，如果首先按下sq1、sq2、sq3、sq4中的任意一個按鈕，則數(shù)碼管顯示為該按鈕對應(yīng)的數(shù)字并保持，在這10秒之內(nèi)，按下其他按鈕無效；10秒之后要啟動搶答器必須再次按下sd按鈕。2. 按下sd按鈕后10秒之內(nèi)，如按下st按鈕，八段數(shù)碼管

2、開始顯示：先是一段段顯示，然后顯示1、4、9、1、6、2、5、3、6、4、9、6、4、8、1、1、0、0 。3、 正文字號和字體：漢字：各章標(biāo)題和目錄、摘要、謝辭、參考文獻(xiàn)、附錄等部分的標(biāo)題用小3號黑體；各節(jié)標(biāo)題、用4號黑體；各條標(biāo)題、各款標(biāo)題用小 一、設(shè)計方案；二、硬件電路設(shè)計、i/o地址分配；三、軟件設(shè)計；四、程序調(diào)試；五、心得體會附錄1、參考文獻(xiàn)附錄2、程序清單一、 設(shè)計方案1、課程設(shè)計控制要求設(shè)計一個四參賽組的搶答器裝置，主持人通過控制臺的按鈕控制比賽的進(jìn)行。為了使比賽的評判工作更透明，也為了方便觀眾了解各組的戰(zhàn)績，搶答器裝置應(yīng)設(shè)置必要的顯示，對搶答器的功能要求如下：1 比賽開始或宣布

3、下一個題目之前，主持人要按一次復(fù)位按鈕，使所有顯示燈均滅；2 為了控制比賽時間，回答問題必須在10秒內(nèi)完成，超時按錯誤論處。當(dāng)主持人公布題目并按下強大按鈕后，參賽者有兩秒搶答時間，超過兩秒沒人搶答，則題目作廢，再搶答無效。兩秒之內(nèi)按下?lián)尨鸢粹o，這時控制臺上的答題記時指示燈亮，自此搶答有效。當(dāng)10秒到時，答題記時燈滅；3 先按下按鈕的參賽組，其桌面上的指示燈亮，后按下按鈕的參賽組指示燈不亮；4 如按下st按鈕，八段數(shù)碼管開始顯示：先是一段段顯示，然后顯示 1、4、9、1、6、2、5、3、6、4、9、6、4、8、1、1、0、0 。2、課程設(shè)計控制原理：1 與機電控制原理區(qū)別不大，plc控制主要是通

4、過程序語言來實現(xiàn)，用程序語言主要是為了替代硬接線控制電路過于頻繁的改變接線方式帶來的不便，從而只需改變程序語言的某個程序片斷或幾個指令便可實現(xiàn)控制要求。2 與基本微機類似，plc也是由軟件和硬件兩大部分組成的。在軟件的控制下，plc才能正常工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。plc的基本工作過程如下：（1）輸入現(xiàn)場信息 ： 在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點，讀入各輸入點的狀態(tài)；（2）執(zhí)行程序 ： 順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運算；（3）輸出控制信號 ： 根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄從器（鎖從器）向各輸出點并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號，實現(xiàn)所要求的邏輯功能。上

5、述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。plc的掃描周期通常為幾十ms。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)機械設(shè)備的工作過程可以分為一系列不斷重復(fù)的順序操作，plc的工作方式與此相似。因此，plc的程序可與機器的動作一一對應(yīng)，程序編制簡單、直觀，不容易出錯，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開發(fā)費用，縮短了軟件的開發(fā)周期。為了提高工作的可靠性，即使接收外來的控制命令，plc在每次掃描期間，除了完成上述操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成與編程器等的通信。因此，整個掃描過程如圖：二、硬件電路設(shè)計、i/o地址分配1、i/o地址分配i口：00000-sb 主持人控制搶答按鈕（啟動

6、）按鈕00001-sb1 第一參賽組搶答按鈕00002-sb2 第二參賽組搶答按鈕00003-sb3 第三參賽組搶答按鈕00004-sb4 第三組參賽搶答按鈕00005-sb5 主持人控制復(fù)位按鈕（停止）按鈕o口：01000 輸出控制搶答按鈕（啟動）信號01001 輸出第一參賽組搶答信號01002 輸出第二參賽組搶答信號01003 輸出第三組參賽搶答信號01004 輸出第四組參賽搶答信號01005 輸出控制復(fù)位按鈕 2、硬件設(shè)計1）、搶答電路 電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74ls175的功能真值表即優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示選手編號；二是要使

7、其他選手隨后的按鍵操作無效。圖2 搶答電路其工作原理為：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”時，d觸發(fā)器的清零端為低電平，使d觸發(fā)器被強制清零，輸入的搶答信號無效。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”時，d觸發(fā)器q非端前一狀態(tài)為高電平，四個q非端與在一起為高電平，再和搶答按鍵信號和借位信號與在一起給d觸發(fā)器的脈沖端，當(dāng)沒人搶答時，搶答信號為低電平，與門u11輸出端為低電平給d觸發(fā)器脈沖端，當(dāng)一有人搶答時，搶答信號為高電平，并和u2的輸出信號和借位信號與在一起，使得u11輸出端為高電平給d觸發(fā)器，于是d觸發(fā)器就有一個上升沿，使得搶答信號經(jīng)d觸發(fā)器觸發(fā)鎖存再經(jīng)過譯碼器74ls48譯碼，把相應(yīng)的信號顯示在數(shù)碼管上。另

8、外，當(dāng)選手松開按鍵后，d觸發(fā)器的q非前一狀態(tài)為低電平，與在一起后給與門u11,使得u11的輸出端為低電平給d觸發(fā)器，則d觸發(fā)器的脈沖輸入端恢復(fù)原來狀態(tài)，從而使得其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制開關(guān)s是搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 2）、定時電路 節(jié)目主持人通過按復(fù)位鍵來進(jìn)行搶答倒計時。如圖3。定時9秒，把74ls192對應(yīng)的9，10，1，15四個端子預(yù)置為“1001”。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路555提供。當(dāng)復(fù)位開關(guān)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(jìn)行減計數(shù)一次。當(dāng)有選手搶答或借

9、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(fù)位鍵時，再一次倒計時。圖3 定時電路3）、搶答器控制電路 搶答器控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：（1）當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示，搶答電路和定時電路停止工作。 （2）當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，數(shù)碼管不顯示，同時搶答電路和定時電路停止工作。 時序控制電路2、 所用器材1）. 十進(jìn)制可逆計數(shù)器74ls192（54/74194）兩個引腳圖管腳及功能表如下：74ls192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示： （a）引腳排列 (b)

10、邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，p0、p1、p2、p3為計數(shù)器輸入端，為清除端，q0、q1、q2、q3為數(shù)據(jù)輸出端。 輸入 輸出mrp3p2p1p0q3q2q1q01000000dcbadcba011 加計數(shù)011 減計數(shù)2.74ls48 (54/7448)七段譯碼器兩個。74ls48的引腳排列： a、b、c、d 是輸入端 a、b、c、d、e、f、g是輸出端，3.555定時器一個：主要參數(shù)：電源電壓為4.5-18v，最大輸出電流為200ma，工作溫度范圍為-55oc-125oc。它基本原理是，由于電容c的兩端的電壓不能突變，定時器的2端

11、電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過r1、r2給電容c充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時，555內(nèi)部的mos管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過r2和已經(jīng)導(dǎo)通的mos管放電，當(dāng)電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時，mos管截止電容放電停止，此時電源通過r1、r2再次向電容充電。4.74ls273八d觸發(fā)器： 功能如下：(1).1腳是復(fù)位clr,低電平有效,當(dāng)1腳是低電平時,輸出腳2(q1)、5(q2)、6(q3)、9(q4)、12(q5)、15(q6)、16(q7)、19(q8)全部輸出0,即全部復(fù)位;(2).當(dāng)1腳為高電平時,11(clk)腳是鎖存控制端,并且是上升沿觸

12、發(fā)鎖存,當(dāng)11腳有一個上升沿,立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài),并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳2(q1)、5(q2)、6(q3)、9(q4)、12(q5)、15(q6)、16(q7)、19(q8 三、 三、軟件設(shè)計梯形圖四、程序調(diào)試定時電路設(shè)計中，我們的顯示電路出了問題，設(shè)定好的10秒的顯示周期，結(jié)果在15秒以后十進(jìn)位的顯示器本應(yīng)該顯示由“1”跳變?yōu)椤?”，但是我們的卻跳不回來，在求助身邊的同學(xué)后仍無法的到解決，我們知道是布線出了問題，但是不知道具體問題出在哪里。當(dāng)搶答器顯示數(shù)字時，按下開關(guān)sd，十秒內(nèi)按sd后顯示數(shù)字仍然會變化，不合要求，經(jīng)過對程序的修改，在主程序上i0

13、.5常閉觸電并上m30.0,m30.1,m30.2和m30.3后程序運行成功；還有是電腦的毛病，通過換電腦，程序徹底沒問題，能夠正常運行了。五、心得體會 持續(xù)近一個星期的課程設(shè)計結(jié)束了，我們的設(shè)計雖然有一些小毛病，但總體上還是很成功的。一周的時間雖然很短暫，但從中獲益匪淺. 畢竟在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容真真正正能用到實際是有點超乎我們的想象，而且要把理論知識付諸實踐確實非一件易事。 首先對plc課程有了更深的了解，因為課程設(shè)計本身要求將以前所學(xué)的理論知識運用到實際的電路設(shè)計當(dāng)中去，對課本以及以前學(xué)過的知識有了一個更好的總結(jié)與理解；課程設(shè)計對我們的總體電路的設(shè)計的要求嚴(yán)格，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知

14、識確立了實驗總體設(shè)計方案，然后逐步細(xì)化進(jìn)行各模塊的設(shè)計。還有一個難題就是怎么來選擇我們所需要的芯片，從而實現(xiàn)我們所想實現(xiàn)的功能。其次，以前沒有接觸過仿真軟件，這次審計要使用仿真軟件，所以學(xué)會了軟件的基本應(yīng)用，這對我們以后的工作和學(xué)習(xí)的幫助都很有用處。但是在電路仿真的過程中出現(xiàn)大量問題，需要我們細(xì)心解決，所以，我對電路故障的排查能力有了很大的提高。但由于是自己學(xué)習(xí)沒有專業(yè)指導(dǎo)難免有一些我們不了解的功能。所以我們以后要多接觸和了解一些仿真軟件，多向老師請教學(xué)習(xí)。最后，感謝學(xué)校給我們這次機會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次課設(shè)讓我明白了理論和實際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識到自己在plc課程方面還有很多的知識漏洞，以后應(yīng)該多鉆研一下。從這過程，我鍛煉了自己的動手能力，獨立思考能力，分析實踐能力，并學(xué)會了把自己的設(shè)計經(jīng)驗和思路拿出來與大家分享。再次感謝田老師 以及同學(xué)的幫助?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，由此看來實踐的重要，短短一星期的課程設(shè)計，學(xué)到了很多的東西，最重要的是我自己動手把我學(xué)習(xí)的知識用于實踐，做出成功的作品，這才算真正學(xué)習(xí)到了東西?？傊?，這次實驗我收獲頗多。實踐是獲