六人搶答器設計畢業(yè)論文

1、福州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計設計題目 六人搶答器設計 系 別 電子信息工程系 年級專業(yè) 2013級應用電子技術（1）班 學 號 201310013133 姓 名 李蓉藝 指導教師 劉正翔 職 稱 講師 2016年 4 月25日目錄一、 搶答器的概述2二、設計要求3（一）功能要求3（二）控制要求3（三）單片機和PLC分別做系統(tǒng)的比較3（四） 控制特點分析4（五） PLC機型的選擇步驟與原則4（六）流程圖6三、PLC控制系統(tǒng)硬件設計11（一） I/O地址分配11（二） PLC外部接線圖12四、PLC控制系統(tǒng)軟件設計13（一）程序設計13（二）程序調(diào)試17四、總結(jié)17參考文獻18六人搶答器設計報告內(nèi)容摘

2、要 本文介紹了知識競賽搶答器,闡述了控制方案。實現(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術的不斷更新。同時根據(jù)知識競賽搶答器的控制要求和特點,確定PLC 的輸入輸出分配,并進行現(xiàn)場調(diào)試。關鍵詞 PLC 知識競賽搶答器 PLC程序設計1、 搶答器的概述知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、

3、學校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案?？删幊炭刂破魇且环N新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時，計數(shù)和算術運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/

4、輸出來控制機械設備或生產(chǎn)過程。美國電氣制造商協(xié)會經(jīng)過4年調(diào)查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC。二、設計要求（一）功能要求實用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設備，無論是學校、工廠、軍隊還是益智性電視節(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)是早期設計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，以模擬電路、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，

5、這部分搶答器已相當成熟。現(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復位、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。本設計要求就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達到公正、公平、公開（二）控制要求 （1）搶答器同時供56名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S1S6表示。（2）設置一個系統(tǒng)復位和搶答開始控制開關S0和S7，該開關由主持人控制。（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按

6、動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(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定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。（5）參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，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。（三）單片機和PLC分別做系統(tǒng)的比較所謂單

7、片機系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統(tǒng)，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被PLC所代替。單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都 會增加?？删幊炭刂破鳎≒LC）： 所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程

8、序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應用最為廣泛。PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產(chǎn)廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序

9、設計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。 特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。綜合以上的分析和比較，最終決定采用PLC。（4） 控制特點分析知識競賽搶答器通過PLC進行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞

10、給信息分析中心（PLC），PLC將根據(jù)信號作出相應的響應。（5） PLC機型的選擇步驟與原則隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要意義。 PLC的選擇主要應從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機型的選擇PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： 1、合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模

11、塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個IO點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在IO點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、IO模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統(tǒng)。2、安裝方式的選擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程IO式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設置驅(qū)動遠程IO硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程IO式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程IO可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅(qū)動器和遠程IO電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互

12、聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。3、 相應的功能要求（1）顯示分為大數(shù)碼管顯示（1位），用于顯示搶答的位號；小數(shù)碼管顯示，用于顯示倒計時； （2）搶答按鈕為統(tǒng)一接口，搶答器帶有燈，用于指示搶答情況（違規(guī)，搶答成功過等）；（3）整套系統(tǒng)具有自檢功能。設計自檢按鍵，常按3秒后，自檢開始，大號數(shù)碼管和小號數(shù)碼管一次全亮，搶答按鈕按下時，大號數(shù)碼管顯示搶答位號，燈亮；（4）帶復位功能，搶答完之后，復位進行下一次搶答；（5）帶聲音提示；（6）設計外殼，制作PCB板。（7）電源接口，搶答按鈕與顯示屏接口全部采用統(tǒng)一的，由比賽組提供。（8）可增加其他功能。（六）流程圖當裁判按下開始按鈕

13、時，6個參賽對處于搶答狀態(tài)，假如是一號參賽隊先搶到題目，PLC先判斷搶答是否成功，若成功，則進行下一部看是否在規(guī)定的搶答時間內(nèi)答題，若在規(guī)定時間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時，則提示主持人；如果搶答沒有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法規(guī)臺燈亮，總臺燈亮出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）1、指令的使用（1）AND（與指令）一個常開觸點串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與”運算。（2）ANI（與反指令）一個常閉觸點串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與非”運算。（3）ANDP上升沿檢測串聯(lián)連接指令。（4）ANDF下降沿檢測串聯(lián)連接指令。觸點串聯(lián)指令的使用如圖1-1所示。圖1-1串聯(lián)指令使用示意圖圖1-2傳送指

14、令使用示意圖使用應用MOV指令時應注意：1）源操作數(shù)可取所有數(shù)據(jù)類型，標操作數(shù)可以是KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）16位運算時占5個程序步，32位運算時則占9個程序步。（2） 移位傳送指令SMOV  SMOV(P)指令的編號為FNC13。該指令的功能是將源數(shù)據(jù)（二進制）自動轉(zhuǎn)換成4位BCD碼，再進行移位傳送，傳送后的目標操。圖1-3塊傳送指令使用示意圖使用塊傳送指令時應注意：1）源操作數(shù)可取KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D和文件寄存器，目標操作數(shù)可取. KnT、KnM、KnS、T、C和D；2）只有16位操作，占7個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數(shù)據(jù)

15、則僅傳送到允許范圍的元件。圖1-4多點傳送指令使用示意圖多點傳送指令FMOV  (D)FMOV(P)指令的編號為FNC16。它的功能是將源操作數(shù)中的數(shù)據(jù)傳送到指定目標開始的n個元件中，傳送后n個元件中的數(shù)據(jù)完全相同。如圖3-12所示，當X0為ON時，把K0傳送到D0D9中。使用多點傳送指令FMOV時應注意：1）源操作數(shù)可取所有的數(shù)據(jù)類型，目標操作數(shù)可取KnX、KnM、KnS、T、C、和D，n小等于512；2）16位操作占7的程序步，32位操作則占13個程序步；3） 如果元件號超出允許范圍，數(shù)據(jù)僅送到允許范圍的元件中。2、 PLC常熟K、HK是表示十進制整數(shù)的符號，主要用來指定定時器或

16、計數(shù)器的設定值及應用功能指令操作數(shù)中的數(shù)值；H是表示十六進制數(shù)，主要用來表示應用功能指令的操作數(shù)值。 例如20用十進制表示為K20，用十六進制則表示為H14。3、 PLC輸入繼電器（X）、輸出繼電器（Y）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受PLC外部開關信號的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映象寄存器中。FX系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號范圍為X000X267（184點）。注意，基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。例如：基本單元FX2N-64

17、M的輸入繼電器編號為X000X037（32點），如果接有擴展單元或擴展模塊，則擴展的輸入繼電器從X040開始編號。輸出繼電器是用來將PLC內(nèi)部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由PLC內(nèi)部程序的指令驅(qū)動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅(qū)動外部負載。如圖1-5所示為輸出繼電器Y0的等效電路。圖1-5輸出繼電器等效電電路每個輸出繼電器在輸出單元中都對應有維一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數(shù)次使用。 FX系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號其中FX2N編號范圍為Y000Y267（184點）。與輸入繼電器一樣，

18、基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。在實際使用中，輸入、輸出繼電器的數(shù)量，要看具體系統(tǒng)的配置情況。4、 輔助繼電器輔助繼電器是PLC中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅(qū)動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內(nèi)部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數(shù)共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數(shù)）。（1）通用輔助繼電器（M0M499）FX2N系列共有500點通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，則全

19、部線圈均OFF。當電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等。根據(jù)需要可通過程序設定，將M0M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。（2）斷電保持輔助繼電器（M500M3071）FX2N系列有M500M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態(tài)，是因為電源中斷時用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內(nèi)容。其中M500M1023可由軟件將其設定為通用輔助繼

20、電器。（3）特殊輔助繼電器PLC內(nèi)有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256個特殊輔助繼電器，可分成觸點型和線圈型兩大類觸點型 ：其線圈由PLC自動驅(qū)動，用戶只可使用其觸點。例如：M8000：運行監(jiān)視器（在PLC運行中接通），M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運行開始時瞬間接通），M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014分別是產(chǎn)生10ms、100ms 、1s和1min時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。M8000、M8002、M8012的波形圖如圖1-6所示。圖1-6 M8000、M8002、M8012的波形圖線圈

21、型： 由用戶程序驅(qū)動線圈后PLC執(zhí)行特定的動作。例如：M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時保持輸出映象存儲器和數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容。前值變?yōu)?，觸點也跟隨復位。5、 微分指令（PLS/PLF）（1）PLS（上升沿微分指令） 在輸入信號上升沿產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖輸出。（2）PLF（下降沿微分指令） 在輸入信號下降沿產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖輸出。微分指令的使用如圖3-9所示，利用微分指令檢測到信號的邊沿，通過置位和復位命令控制Y0的狀態(tài)。三、PLC控制系統(tǒng)硬件設計（1） I/O地址分配輸入、輸出信號的地址分配，如圖1所示圖1（2） PLC外部接線圖PLC外部接線如圖2所示圖2四、PLC控制系統(tǒng)軟件

22、設計（一）程序設計當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。如圖1所示圖1 開始鍵按下后蜂鳴示意圖 參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，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。如圖2所示圖2搶答有效時間示意圖搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(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。圖3搶答流程示意圖如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯

23、示器上顯示00。主持人按下復位按鈕X7，開始新一輪的搶答。圖4復位示意圖（二）程序調(diào)試（1）外部接線圖接線，核對地址，逐點進行，確保正確無誤。 （2）檢查模擬量輸入輸出。檢查輸入輸出模塊是否正確，工作是否正常。（3）將程序?qū)懭隤LC，然后從初始步開始調(diào)試。用元件監(jiān)視功能監(jiān)視程序的狀態(tài)變化。（4）手動按鈕來實施模擬現(xiàn)場，觀察運行結(jié)果是否與要求相符合。 （5）在仿真軟件上仿真模擬正常通過，設計正確。五、總結(jié)畢業(yè)設計即將結(jié)束，在整個畢業(yè)設計過程中，我在劉老師的帶領下，基本完成了本學期畢業(yè)設計的任務，通過設計我學到了很多新的知識，學到了很多書本上沒有的東西，同時，對以前所學的專業(yè)知識，有了進一步的加深和鞏固。在設計前，通過劉老師的悉心指導，我制定了設計計劃，借閱相關資料，做好設計準備。在設計過程中，我遇到了許多專業(yè)上的問題，這些問題都在老師的直接指導下，得以解決，使我們的設計能夠順利地進行，并最終得以完成。總結(jié)幾個月來的