PLC課程設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示搶答器

1、河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 課程名稱(chēng)： 課題名稱(chēng)： 數(shù)碼顯示搶答器 系部名稱(chēng)： 自動(dòng)控制工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化姓 名： xxx學(xué) 號(hào)： 年月日設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)目的： 設(shè)計(jì)一個(gè)知識(shí)競(jìng)賽用的搶答器數(shù)碼顯示系統(tǒng)。該搶答器共有四個(gè)搶答按鈕，一個(gè)搶答開(kāi)始啟動(dòng)按鈕，一個(gè)演示按鈕。模擬面板如下圖所示：設(shè)計(jì)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(gè)按鈕，則數(shù)碼管顯示為該按鈕對(duì)應(yīng)的數(shù)字并保持，在這10秒之內(nèi)，按下其他按鈕無(wú)效；10秒之后要啟動(dòng)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(kāi)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(hào)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(hào)黑體；各節(jié)標(biāo)題、用4號(hào)黑體；各條標(biāo)題、各款標(biāo)題用小 一、設(shè)計(jì)方案；二、硬件電路設(shè)計(jì)、i/o地址分配；三、軟件設(shè)計(jì)；四、程序調(diào)試；五、心得體會(huì)附錄1、參考文獻(xiàn)附錄2、程序清單一、 設(shè)計(jì)方案1、課程設(shè)計(jì)控制要求設(shè)計(jì)一個(gè)四參賽組的搶答器裝置，主持人通過(guò)控制臺(tái)的按鈕控制比賽的進(jìn)行。為了使比賽的評(píng)判工作更透明，也為了方便觀(guān)眾了解各組的戰(zhàn)績(jī)，搶答器裝置應(yīng)設(shè)置必要的顯示，對(duì)搶答器的功能要求如下：1 比賽開(kāi)始或宣布

3、下一個(gè)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(shí)間，回答問(wèn)題必須在10秒內(nèi)完成，超時(shí)按錯(cuò)誤論處。當(dāng)主持人公布題目并按下強(qiáng)大按鈕后，參賽者有兩秒搶答時(shí)間，超過(guò)兩秒沒(méi)人搶答，則題目作廢，再搶答無(wú)效。兩秒之內(nèi)按下?lián)尨鸢粹o，這時(shí)控制臺(tái)上的答題記時(shí)指示燈亮，自此搶答有效。當(dāng)10秒到時(shí)，答題記時(shí)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(kāi)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(jì)控制原理：1 與機(jī)電控制原理區(qū)別不大，plc控制主要是通

4、過(guò)程序語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，用程序語(yǔ)言主要是為了替代硬接線(xiàn)控制電路過(guò)于頻繁的改變接線(xiàn)方式帶來(lái)的不便，從而只需改變程序語(yǔ)言的某個(gè)程序片斷或幾個(gè)指令便可實(shí)現(xiàn)控制要求。2 與基本微機(jī)類(lèi)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(guò)程如下：（1）輸入現(xiàn)場(chǎng)信息 ： 在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)，讀入各輸入點(diǎn)的狀態(tài)；（2）執(zhí)行程序 ： 順次掃描用戶(hù)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(yùn)算；（3）輸出控制信號(hào) ： 根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄從器（鎖從器）向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯功能。上

5、述過(guò)程執(zhí)行完后，又重新開(kāi)始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。plc的掃描周期通常為幾十ms。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的工作過(guò)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(jī)器的動(dòng)作一一對(duì)應(yīng)，程序編制簡(jiǎn)單、直觀(guān)，不容易出錯(cuò)，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，縮短了軟件的開(kāi)發(fā)周期。為了提高工作的可靠性，即使接收外來(lái)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(gè)掃描過(guò)程如圖：二、硬件電路設(shè)計(jì)、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(dòng)

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(dòng)）信號(hào)01001 輸出第一參賽組搶答信號(hào)01002 輸出第二參賽組搶答信號(hào)01003 輸出第三組參賽搶答信號(hào)01004 輸出第四組參賽搶答信號(hào)01005 輸出控制復(fù)位按鈕 2、硬件設(shè)計(jì)1）、搶答電路 電路如圖2所示。該電路完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示選手編號(hào)；二是要使

7、其他選手隨后的按鍵操作無(wú)效。圖2 搶答電路其工作原理為：當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”時(shí)，d觸發(fā)器的清零端為低電平，使d觸發(fā)器被強(qiáng)制清零，輸入的搶答信號(hào)無(wú)效。當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”時(shí)，d觸發(fā)器q非端前一狀態(tài)為高電平，四個(gè)q非端與在一起為高電平，再和搶答按鍵信號(hào)和借位信號(hào)與在一起給d觸發(fā)器的脈沖端，當(dāng)沒(méi)人搶答時(shí)，搶答信號(hào)為低電平，與門(mén)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(shí)，搶答信號(hào)為高電平，并和u2的輸出信號(hào)和借位信號(hào)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(gè)上升沿，使得搶答信號(hào)經(jīng)d觸發(fā)器觸發(fā)鎖存再經(jīng)過(guò)譯碼器74ls48譯碼，把相應(yīng)的信號(hào)顯示在數(shù)碼管上。另

8、外，當(dāng)選手松開(kāi)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(mén)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(lái)狀態(tài)，從而使得其他選手按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)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(kāi)關(guān)s是搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 2）、定時(shí)電路 節(jié)目主持人通過(guò)按復(fù)位鍵來(lái)進(jìn)行搶答倒計(jì)時(shí)。如圖3。定時(shí)9秒，把74ls192對(duì)應(yīng)的9，10，1，15四個(gè)端子預(yù)置為“1001”。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路555提供。當(dāng)復(fù)位開(kāi)關(guān)按下時(shí)，給74ls192一個(gè)低電平，從而開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，每來(lái)一個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行減計(jì)數(shù)一次。當(dāng)有選手搶答或借

9、位信號(hào)時(shí)，就使得74ls192的輸入脈沖變成低電平，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)的停止。再按復(fù)位鍵時(shí)，再一次倒計(jì)時(shí)。圖3 定時(shí)電路3）、搶答器控制電路 搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：（1）當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 （2）當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，數(shù)碼管不顯示，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 時(shí)序控制電路2、 所用器材1）. 十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74ls192（54/74194）兩個(gè)引腳圖管腳及功能表如下：74ls192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)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(hào)如下所示： （a）引腳排列 (b)

10、邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)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(jì)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(jì)數(shù)011 減計(jì)數(shù)2.74ls48 (54/7448)七段譯碼器兩個(gè)。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(shí)器一個(gè)：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(shí)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(guò)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(shí)，555內(nèi)部的mos管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過(guò)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(shí)，mos管截止電容放電停止，此時(shí)電源通過(guò)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(shí),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(shí),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(gè)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(jì)梯形圖四、程序調(diào)試定時(shí)電路設(shè)計(jì)中，我們的顯示電路出了問(wèn)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(lái)，在求助身邊的同學(xué)后仍無(wú)法的到解決，我們知道是布線(xiàn)出了問(wèn)題，但是不知道具體問(wèn)題出在哪里。當(dāng)搶答器顯示數(shù)字時(shí)，按下開(kāi)關(guān)sd，十秒內(nèi)按sd后顯示數(shù)字仍然會(huì)變化，不合要求，經(jīng)過(guò)對(duì)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(yùn)行成功；還有是電腦的毛病，通過(guò)換電腦，程序徹底沒(méi)問(wèn)題，能夠正常運(yùn)行了。五、心得體會(huì) 持續(xù)近一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我們的設(shè)計(jì)雖然有一些小毛病，但總體上還是很成功的。一周的時(shí)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(shí)際是有點(diǎn)超乎我們的想象，而且要把理論知識(shí)付諸實(shí)踐確實(shí)非一件易事。 首先對(duì)plc課程有了更深的了解，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)本身要求將以前所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的電路設(shè)計(jì)當(dāng)中去，對(duì)課本以及以前學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)更好的總結(jié)與理解；課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的總體電路的設(shè)計(jì)的要求嚴(yán)格，需要通過(guò)翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過(guò)的知

14、識(shí)確立了實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)方案，然后逐步細(xì)化進(jìn)行各模塊的設(shè)計(jì)。還有一個(gè)難題就是怎么來(lái)選擇我們所需要的芯片，從而實(shí)現(xiàn)我們所想實(shí)現(xiàn)的功能。其次，以前沒(méi)有接觸過(guò)仿真軟件，這次審計(jì)要使用仿真軟件，所以學(xué)會(huì)了軟件的基本應(yīng)用，這對(duì)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(guò)程中出現(xiàn)大量問(wèn)題，需要我們細(xì)心解決，所以，我對(duì)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(méi)有專(zhuān)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(qǐng)教學(xué)習(xí)。最后，感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會(huì)，鍛煉了我們的動(dòng)手能力。通過(guò)這次課設(shè)讓我明白了理論和實(shí)際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識(shí)到自己在plc課程方面還有很多的知識(shí)漏洞，以后應(yīng)該多鉆研一下。從這過(guò)程，我鍛煉了自己的動(dòng)手能力，獨(dú)立思考能力，分析實(shí)踐能力，并學(xué)會(huì)了把自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和思路拿出來(lái)與大家分享。再次感謝田老師 以及同學(xué)的幫助?！凹埳系脕?lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”，由此看來(lái)實(shí)踐的重要，短短一星期的課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多的東西，最重要的是我自己動(dòng)手把我學(xué)習(xí)的知識(shí)用于實(shí)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(shí)驗(yàn)我收獲頗多。實(shí)踐是獲