課程設(shè)計(jì)任務(wù)書三路搶答器的plc控制

1、傍山科喙技*喙院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)13年級(jí) 2 班 付琴芳一、設(shè)計(jì)題目三路搶答器的plc控制二、主要內(nèi)容該搶答器作為智力競(jìng)賽的評(píng)判裝置，根據(jù)應(yīng)答者搶答情況自動(dòng)設(shè)定答題 時(shí)間，并根據(jù)答題情況用燈光、聲音顯示其答題正確、錯(cuò)誤及違規(guī)，在主持 人的操作下，對(duì)答題者所顯示的分?jǐn)?shù)值進(jìn)行加分、減分或違規(guī)扣分。三、具體要求1 主持人提出問題并按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，若10s內(nèi)無人搶答， 則有聲咅提示，說明該題無人搶答，自動(dòng)作廢。2主持人提出問題在未按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）之前搶答，則違規(guī)，搶 答器報(bào)出違規(guī)信號(hào)，并作減分處理。3主持人提出問題并按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，第一個(gè)按下按鈕的信

2、 號(hào)有效，后按下的按鈕信號(hào)無效。4主持人按下計(jì)時(shí)按鈕，開始計(jì)時(shí)。答題時(shí)間為imin,答題過程中有燈光 提示時(shí)間，時(shí)間到并有聲音指示。5. 搶答器有數(shù)碼顯示器顯示各答題者的分?jǐn)?shù)，由主持人控制，答對(duì)者加10 分，答錯(cuò)者減10分，違規(guī)者扣5分，減分計(jì)算中若出現(xiàn)負(fù)分作0分處理。6. 答題完畢按下復(fù)位按鈕，恢復(fù)搶答器原始狀態(tài)，為下一輪搶答做好準(zhǔn)備。答題過程中燈光、音響的安排及注意事項(xiàng)見課程設(shè)汁指導(dǎo)書。在上述具體的要求下，完成硬件電路的制作和接線，plc控制程序的 設(shè)計(jì)及聯(lián)機(jī)調(diào)試，直至滿足要求。進(jìn)度安排1 理解課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求，查閱資料（第一周的星期一）。2. plc外圍硬件電路的制作和接線，構(gòu)思設(shè)

3、計(jì)方案（第一周的星期二至星 期三）。3. plc控制程序設(shè)計(jì)、程序調(diào)試及系統(tǒng)的總體調(diào)試，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告（第 一周的星期四至第二周星期四）。4. 課程設(shè)計(jì)答辯、批改設(shè)計(jì)報(bào)告，登載成績（第二周星期五）。五、完成后應(yīng)上交的材料plc外圍碩件連接電路、程序清單及課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。六、總評(píng)成績指導(dǎo)教師簽名id期年月h系主任審核日期年月日目錄1. 前言42. 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求52.1任務(wù)描述52.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求63. 硬軟件設(shè)計(jì)方案選擇73.1硬件i/o地址分配83.2方案選擇93.3控制系統(tǒng)的硬件組成134搶答器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)144.1軟件流程圖的設(shè)計(jì)144.2 plc控制程序的設(shè)計(jì)164.2.1主持人

4、開始復(fù)位初始化164. 2.2搶答前計(jì)時(shí)174. 2.3搶答總臺(tái)綠燈亮174.2.4違規(guī)搶答紅燈亮184. 2.5總臺(tái)音響194. 2.6搶答標(biāo)志194. 2. 7加減分程序204. 2.8各位選手的分?jǐn)?shù)顯示224.2.9 復(fù)位234. 3搶答總程序245調(diào)試中的遇到的問題246設(shè)計(jì)體會(huì)257參考文獻(xiàn)261前言目前國內(nèi)外市場(chǎng)上己有很多類型的知識(shí)競(jìng)賽搶答器，其大致 采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)或者plc芯片、計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對(duì)于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù) 相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高, 故障率高，顯示方式簡(jiǎn)單或者沒有。而對(duì)于科技飛速發(fā)展的今天

5、, plc、單片機(jī)應(yīng)用的不斷深入，帶動(dòng)了傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更 新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點(diǎn)，以plc、單片機(jī)為核心的部件成 為主流。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點(diǎn)：（1）在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí)，只能處理違 規(guī)搶答信號(hào)，而對(duì)沒有違規(guī)的有效信號(hào)不能進(jìn)行處理，因 而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。（2）當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個(gè)， 或利用搶答電路電子元件的“競(jìng)爭(zhēng)”選擇其中一個(gè)。對(duì)于 后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答 信號(hào)的“競(jìng)爭(zhēng)”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。 普通搶答器存在不公平性。（3）當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器只能“抓住”其中一個(gè)

6、違規(guī)者。因而出現(xiàn)了 “漏洞”?？删幊炭刂破魇且杂?jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它的 功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便、體枳小。現(xiàn)已廣泛 應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程 序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模 擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。plc的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個(gè)控制系統(tǒng) 不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對(duì)實(shí) 際應(yīng)用的需要選擇合適的plc型號(hào)，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計(jì)控 制系統(tǒng)。2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求2. 1任務(wù)描述：該搶答器作為智力競(jìng)賽的品判裝置，根據(jù)應(yīng)答者搶答情況自 動(dòng)設(shè)定答題時(shí)間，并根據(jù)答題情況

7、用燈光、聲音顯示其答題正確、 錯(cuò)誤及違規(guī)，在主持人的操作下，對(duì)答題者所顯示的分?jǐn)?shù)值進(jìn)行 加分、減分或違規(guī)扣分。三路智力搶答器有三個(gè)搶答按鈕sbsb3,在允許搶答的情況 下最先按下按鈕有效，在此以后按下的按鈕無效，伴有燈光、聲 音指示，并開始計(jì)時(shí)（答題時(shí)間），計(jì)時(shí)時(shí)間到（答題給定的時(shí)間）, 聲音提示停止答題。如果搶答者答題正確或錯(cuò)誤，主持人或操作 員按下加分鍵或減分鍵，將對(duì)顯示分?jǐn)?shù)值加分或減分。該控制器 組成框圖如圖2-1hl10日se1o日hl2日se2o日hl30日se3oh1開始計(jì)時(shí)復(fù)位加分滅分違規(guī)減分控制器組成框圖圖2-12. 2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1 主持人提岀問題按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后

8、，若10s內(nèi)無人搶 答，則有聲音提示，說明該題無人搶答，自動(dòng)作廢。2主持人提岀問題在未按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）之前搶答，則違 規(guī)，搶答器報(bào)岀違規(guī)信號(hào)，并作減分處理。3主持人提岀問題按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，第一個(gè)按下按鈕 的信號(hào)有效，后按下的按鈕信號(hào)無效。4主持人按下計(jì)時(shí)按鈕，開始計(jì)時(shí)。答題時(shí)間為lmin,答題過程 中有燈光提示時(shí)間，時(shí)間到并有聲音指示。5搶答器有數(shù)碼顯示器顯示各答題者的分?jǐn)?shù)，由主持人控制，答對(duì) 者加10分，答錯(cuò)者減10分，違規(guī)者扣5分，減分計(jì)算中若出 現(xiàn)負(fù)分作0分處理。6答題完畢按下復(fù)位按鈕，恢復(fù)搶答器原始狀態(tài)，為下一輪搶答做好 準(zhǔn)備。答題過程中燈光、音響的安排機(jī)注意事項(xiàng)如

9、下：搶答有效：搶答者燈亮、控制臺(tái)綠燈亮機(jī)聲響。10s無人應(yīng)答：聲響、控制臺(tái)綠燈（hl4）點(diǎn)亮2s。違規(guī)：違規(guī)者燈亮，控制臺(tái)紅燈（hl5）亮機(jī)聲響。答題過程：搶答者燈亮，控制臺(tái)綠燈亮，50s后控制臺(tái)綠燈閃爍。答題時(shí)間到：搶答者燈亮，控制臺(tái)綠燈亮機(jī)聲響。按加分按鈕加10分，按減分按鈕減10分，按違規(guī)按鈕減5分, 最高分90分（違規(guī)情況下最高分為95分），最低分0分。聲響時(shí)間 為lso3硬軟件設(shè)計(jì)方案選擇根據(jù)plc智能搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。 通過plc控制程序來實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接 口，一般的plc配置都可運(yùn)行。該系統(tǒng)木著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、 適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)

10、行設(shè)計(jì)。在搶答時(shí)只需按動(dòng)按鈕即可數(shù)碼管在系 統(tǒng)程序的控制下自動(dòng)顯示組號(hào)以及倒計(jì)時(shí)自動(dòng)操作。安全、可靠、 省時(shí)、省力、價(jià)格便宜。3. 1硬件i/o地址分配如下表1輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸入設(shè)備/符號(hào)plc輸入點(diǎn)輸出設(shè)備/符號(hào)plc輸出點(diǎn)主持人復(fù)位/停止開關(guān)sboxo1號(hào)臺(tái)指亦燈hl1y12第1號(hào)搶答按鈕(sb1)xi2號(hào)臺(tái)指不燈hl2y13第2號(hào)搶答按鈕(sb2)x23號(hào)臺(tái)指示燈hl3y14第3號(hào)搶答按鈕(sb3)x3控制臺(tái)綠燈hl4y15主持人按搶答開始按鈕(sb4)x4控制臺(tái)違規(guī)指示燈hl5 (紅燈)y16主持人加分按鈕(sb5)x5蜂鳴器y17主持人減分按鈕(sb6)x6顯示電路板yoy11計(jì)時(shí)

11、按鈕(sb7)x7違規(guī)按鈕(sb8)x1o表1硬件i/o接線圖如下圖3. 1-2硬件i/o接線圖3. 1-23.2方案提示(1)搶答器搶答部分控制程序可用基本指令編程， 也可用步進(jìn)指令完成。(2) 指示燈和音響輸出，可用plc的輸出指令直接接通。(3) 搶答者的得分情況通過數(shù)碼顯示，顯示電路如下圖，顯示電路板自制，開采用傳送、比較、移位和bcd等應(yīng)用指令與基本指令組合 編程來完成。如下圖3-2-1comxoxix2x3x4x5x6x7x10cm p2 sff>|尹尹尹申ixk_約 am5ii:二"w % u& 7 r> c» r> ” q a>

12、;i5ii注二k©m h r d 厶q ax5ii匸匚:：:y 9 e h u u 心 a>i5iic: = s h r d 皿 qx5ii也 a>i5ii u蜂鳴器lhhrrrhnr1s j“3 47z6 ubuu7 26 3 47 26llvo?i 丄jvccuqwc口屮 rr心rh.d*v«yly2y3v4ysv?.-yllgkd'i*vi «yuyi5yi6yl?電路板圖3-2-1(4) 顯示線路簡(jiǎn)介本顯示電路主要有cd4511譯碼器、led數(shù)碼管、電阻和直流 電源四部分組成，將cd4511的a、b、c、d斷輸入bcd碼、鎖存 和驅(qū)動(dòng)，

13、一十進(jìn)制數(shù)在七段顯示數(shù)碼管中顯示。cd4511為一鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)三合一譯碼器，其管腳如圖32所daoadbobdcocddodoeslofbioglt1371161091514q3圖32 cd4511的引腳圖主要端子介紹如下：a）鎖存部分有死未存儲(chǔ)電路le：鎖定控制端，當(dāng)le二0吋，允 許譯碼輸出，隨變化。le二1吋譯碼器是鎖定保持狀態(tài), 譯碼器輸出被保持在le=0時(shí)的數(shù)值。b）消隱輸入控制端，當(dāng)bt=0吋，不管其它輸入端狀態(tài)如何， 七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。c）輸出驅(qū)動(dòng)部分是具有較大電流輸出的npn雙極型晶體管，當(dāng) 推動(dòng)led數(shù)字顯示器件吋，一定要加限流電阻，限流電阻約

14、 為200 q,由等測(cè)試輸入端lt,可測(cè)試數(shù)碼管的顯示七段。 當(dāng)lt二“1”吋，顯示數(shù)8,幾個(gè)段均亮。d）當(dāng)輸入的bcd大雨1001吋，七段顯示輸出全為“0”，數(shù)碼 管熄火。cd4511真值表如表2：輸入輸出lebilidcbaabcdefg顯示xx0xxxx11111118x01xxxx0000000熄滅01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110

15、011901110100000000熄滅01110110000000熄滅01111000000000熄滅01111010000000熄滅01111100000000熄滅0111111000000熄滅111xxxx鎖存熄滅表2 cd4511的真值表(5) 顯示原理簡(jiǎn)介木顯示電路采用靜態(tài)方式顯示，按照時(shí)間段分別把i位、個(gè)位送 到各自的cd4511譯碼器中，cd4511的鎖存器保持所送的數(shù)據(jù)，通過 其輸出端驅(qū)動(dòng)各自的數(shù)碼管，使所送的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管中顯示。plc 的輸出步驟要求如下：1) 將所送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成bcd碼。2) 先將所送的十位數(shù)值加到顯示十位數(shù)的cd4511的a、b、c、d端，同時(shí)是該cd45

16、11的le端為低電平，顯示個(gè)位數(shù)的 cd4511的le端為高電平。3）在沒有送個(gè)位數(shù)之前，再使顯示十位數(shù)的cd4511的le端為 高電平，鎖存送入的數(shù)據(jù)。4）將所送的個(gè)位數(shù)值加到顯示個(gè)位數(shù)的cd4511的a、b、c、d 端，同時(shí)是該cd4511的le端為低電平，顯示個(gè)位數(shù)的cd4511 的le端為高電平。5）再使顯示十位數(shù)的cd4511的le端為高電平,鎖存送入的數(shù) 據(jù)。至此一個(gè)顯示周期完成。3. 3控制系統(tǒng)的硬件組成在搶答器的工作過程中，主控單元的主要控制對(duì)彖首先是輸入 信號(hào)，控制系統(tǒng)就是判別這個(gè)事件有沒有發(fā)生，不同的情況給出 不同的結(jié)果，其硬件組成結(jié)構(gòu)圖33為：硬件組成結(jié)構(gòu)圖3-34搶答器

17、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4. 1軟件流程圖的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)以及硬件設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)軟件主流程圖的設(shè)計(jì)如圖4-1所示，選手顯示分?jǐn)?shù)刷新程序流程圖如圖4-2所示：主流程圖4-1刷新程序流程圖4-24.2 plc控制程序的設(shè)計(jì)4. 2. 1主持人開始復(fù)位初始化，如下圖4-2-1 是初始化程序，每個(gè)選手的初始分?jǐn)?shù)是0ms002 cohi圖 4-2-1-mikv110do-mikvhodi-mikvhod2-mikvhod3-mikvhod4-mikvhod5co4. 2. 2搶答前計(jì)時(shí)沒有選手搶答，10s后復(fù)位重新開始如下圖42235m3m4m5奸co；卄m20ctcml'.15h3k1c0m2(.12圖

18、 4-2-24.2.3搶答總臺(tái)綠燈亮有10s后無人應(yīng)答，ml得電自鎖，控制臺(tái)綠燈亮2s, m7,m&m9, 應(yīng)答計(jì)時(shí)50s后，m9繼電器0.5s后失電，0.5s后又得電，t6,t8 組合的is震蕩周期，使燈閃爍10s后,得電斷開。(m200,m12,m13) 如圖4-2-3 (1)所示:m3t+m3tot2ml m2o0 m12m13ibnh*.17aism9圖 4-2-3(1)答題過程，控制臺(tái)燈綠亮，m8為控制臺(tái)綠燈亮50s (t3 k500)繼 電器，50s后控制臺(tái)綠燈閃爍(t7 k100)如下圖4-2-3 (2)m12 m2 t3iij4152m6micm3h im4h im5h

19、 mxco7hhxco7ms hm4200t3175t7 m127t6isk5co03<：s5<t6)(：iocm12 t7 tshv12井4-2-3 (2)4.2.4違規(guī)搶答燈亮在主持人沒有按下?lián)尨鸢粹o情況下?lián)尨穑鄳?yīng)繼電器得電,總臺(tái)紅燈亮，如下圖424所示圖4244.2.5總臺(tái)音響從上到下分別是：開始、搶答、搶答過時(shí)、違規(guī)、應(yīng)答時(shí)間到聲響is。如下圖4-2-551m3m370m23ct1m0x0c1t卜m1m3x0c2t卜mex0c3m344m12nichfm12l*tp11chfx010 m2 m3圖 4-2-5426搶答標(biāo)志m200為繼電器，m3,m4,m5分別為各位選手搶

20、答繼電器，有其 中一位選手按下?lián)尨痖_關(guān)，相應(yīng)的繼電器常開得電，形成自鎖， 常閉失電，其他選手搶答無效。如下圖4-2-6所示：圖 4-2-64. 2. 7加減分程序1) 初值的設(shè)置接通電源，把寄存器d0/d2/d4的初值傳至klmloo中間繼電器,如圖4-2-7 (1)所示。29倫卜ico卜口卜12卜 二v v.ii-00k1m110州02k1mu0mkbi110<.:12mi 101k1m120ml hd3k1m120il 105k1m120<'.113圖 4-2-7 (1)2) 止規(guī)搶答加減分及最高最低分控制按下加分(x5)、減分(x6),借助搶答選手的燈亮m3、m4、m

21、5 的自鎖，有脈沖信號(hào)分別讓對(duì)應(yīng)的選手分別加減分，并且利用區(qū) 間比較指令zcp控制最高分(不得高于k95)、最低分(不得低于 k0)o如圖4-2-7 (2)所示圖 4-2-7 (2)3) 違規(guī)減分有人搶答違規(guī)，按下違規(guī)減分按鈕，利用區(qū)間比較指令zcp控 制分?jǐn)?shù)各位數(shù)大于零，m21繼電器得電繼而對(duì)違規(guī)搶答的分?jǐn)?shù)減5 分，若個(gè)位數(shù)等于零，m22繼電器得電從而十位減一，而同時(shí)將個(gè) 位數(shù)置為5。如i圖4-2-7 (3)所示圖 4-2-7 (3)4. 2.8各位選手的分?jǐn)?shù)顯示（以顯示選手一的分?jǐn)?shù)顯示為例） 分?jǐn)?shù)顯示刷新程序流程圖步驟執(zhí)行，如圖4-2-8所示dok1mkm)k1m13uknooo-esiy

22、004kic9y004-(t13l：udik1m140'.ii?.kimi 10khoooksiy005hlki<111y005ki(t12y005ki(t12圖 4-2-84. 2.9復(fù)位在按下正確搶答和違規(guī)搶答按鈕后其相應(yīng)繼電器得電而常開 接通，繼電器1210得電，按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)復(fù)位.如圖4-2-9 所示：4. 3搶答器總程序根據(jù)上面的基本環(huán)節(jié)，和硬件答辯老師指出的問題，設(shè)計(jì)的三 路智力搶答的總程序如附錄所示。5.調(diào)試中遇到的問題調(diào)試終于到的問題是非常多的，舉例我遇到的三個(gè)問題：雙 線圈輸出錯(cuò)誤；梯形圖編排不合理，使程序步數(shù)復(fù)雜化、掃描周 期延長；沒有進(jìn)行互鎖處理導(dǎo)致的不正常，由于我的起步是分段 手寫到稿子上，再重新設(shè)計(jì)總的程序，再到電腦上編輯程序，這 其中就難免程序參數(shù)的輸入錯(cuò)謀，而這影響可大可小，就在20周 的星期三，由于我感覺最正確的顯示模塊，在顯示3號(hào)選手分?jǐn)?shù)時(shí) 候。我把個(gè)位數(shù)指令mov k1m400 k1y000錯(cuò)誤寫成mov k400 k1y000, 這是致命的錯(cuò)誤，會(huì)在刷新3號(hào)選手分?jǐn)?shù)時(shí)候?qū)е聜€(gè)位數(shù)全部置 零。僅僅因?yàn)檫@個(gè)錯(cuò)誤，我調(diào)試了一個(gè)早上和一個(gè)下午，不得不 得重新檢查整個(gè)程序是否有錯(cuò)謀置零，看到最后幾行，恍然大悟， 終于找到問題所在。6設(shè)計(jì)體會(huì)回憶這兩周“三路搶答器的pl