四路搶答器的plc控制線路的設(shè)計(jì)

1、目錄第一章設(shè)計(jì)選題及目的 11.1設(shè)計(jì)選題 11.2設(shè)計(jì)目的 1第二章功能介紹 22.1主要功能介紹 22.2擴(kuò)展功能介紹 2第三章總體方案設(shè)計(jì)模塊 3第四章PLC搶答器編程 44.1選定輸入、輸出設(shè)備 44.2控制梯形圖 54.3工作過(guò)程 64.4程序指令表 64.5外部接線圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。第五章單元模塊設(shè)計(jì) 85.1搶答器電路模塊 85.2定時(shí)電路模塊 125.3控制電路 15第六章組裝和調(diào)試 18參考文獻(xiàn) 18致謝 18第一章設(shè)計(jì)選題及目的1.1設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)選題：四路搶答器的PLC控制電路的設(shè)計(jì)。控制要求：(1) 搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S1S4表 示。

2、(2) 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位和搶答開始控制開關(guān) S0和S5,該開關(guān)由主持人控制， 控制顯示結(jié)果為S0對(duì)應(yīng)紅色指示燈狀態(tài)，S5對(duì)應(yīng)綠色指示燈狀態(tài)；設(shè)置一個(gè)“回 答開始”按鈕s6，由主持人控制搶答時(shí)間，顯示方式是黃色指示燈。(3) 搶答開始控制開關(guān)S5按下時(shí)方可搶答，競(jìng)賽者(4人)若要回答主持人 所提問(wèn)題時(shí)，須搶先按下桌上的搶答按鈕，對(duì)應(yīng)組的指示燈亮；(4) 優(yōu)先搶答選手對(duì)應(yīng)的指示燈須等主持人按下復(fù)位按鈕S0后，指示燈才 熄滅；(5) 如果競(jìng)賽者在主持人打開S5開關(guān)10秒內(nèi)搶先按下按鈕，競(jìng)賽者可得到 一次幸運(yùn)回答的機(jī)會(huì)；如果在主持人打開 S5開關(guān)10秒內(nèi)無(wú)人搶答，則必須有警 示，此時(shí)紅色指示燈亮，以示

3、競(jìng)賽者放棄該題，系統(tǒng)復(fù)位；(6) 在競(jìng)賽者搶答成功后，應(yīng)限定一定的時(shí)間回答問(wèn)題，根據(jù)題目難易可設(shè)定時(shí)間(如1分鐘)；此時(shí)由主持人控制時(shí)間，按下”回答開始”按鈕，計(jì)時(shí)1分鐘，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)黃色指示燈滅，回答結(jié)束。1.2設(shè)計(jì)目的通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，靈活運(yùn)用 pic理論知識(shí)，在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)鞏固所學(xué)知識(shí)， 加強(qiáng)綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)能力，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想。第二章功能介紹2.1主要功能介紹(1) 競(jìng)賽者若要回答主持人所提問(wèn)題時(shí)，須搶先按下桌上的搶答按鈕；(2) 綠色指示燈亮后，須等主持人按下復(fù)位按鈕 PB5后，指示燈才熄滅；(3) 如果競(jìng)賽者在主持人打開 SWIff關(guān)10s內(nèi)搶先按下按鈕，電磁線圈將使

4、 彩球搖動(dòng)，以示競(jìng)賽者得到一次幸運(yùn)的機(jī)會(huì)；(4) 如果在主持人打開SW1開關(guān)10s內(nèi)無(wú)人搶答，則必須有聲音警示，同時(shí) 紅色指示燈亮，以示競(jìng)賽者放棄該題；(5) 在競(jìng)賽者搶答成功之后，應(yīng)限定一定時(shí)間回答問(wèn)題，根據(jù)題目難易可設(shè) 定時(shí)間1mi n；(6) 當(dāng)主持人打開SW2開關(guān)之后計(jì)時(shí)開始，如果競(jìng)賽者在回答問(wèn)題時(shí)超出設(shè) 定時(shí)限，則紅色指示燈亮并伴有聲音提示，競(jìng)賽者停止回答問(wèn)題。2.2擴(kuò)展功能介紹(1) 搶答器具有定時(shí)搶答的功能，搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人 啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。(2) 參加選手在未開始搶答時(shí)按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)，發(fā)出報(bào)警聲。(3) 參加選手在

5、設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上 顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4) 如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，發(fā)出短暫的報(bào)警聲，時(shí)間顯示器上顯示為0。第三章總體方案設(shè)計(jì)模塊圖3-1為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清 零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持 人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”，搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，選手在 定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之 后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯

6、示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主 持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。圖3-1控制流程圖第四章PLC搶答器編程4.1選定輸入、輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入端子號(hào)搶答按鈕 PB110000搶答按鈕 PB120001搶答按鈕 PB210002搶答按鈕 PB220003搶答按鈕 PB310004搶答按鈕 PB320005搶答按鈕 PB410006搶答按鈕 PB420007復(fù)位按鈕 PB50008搶答開始 SW10009限時(shí)開關(guān) SW20010輸出設(shè)備輸出端子號(hào)綠色指示燈L10500綠色扌曰示燈L20501綠色指示燈L30502綠色指示燈L40503紅色指示燈L50504紅色指示燈L60505搶答成功輸出

7、0506搶答限時(shí)結(jié)束聲音0507回答限時(shí)結(jié)束聲音05084.2控制梯形圖系統(tǒng)控制梯形圖如圖4-1所示000400050000 0500 D5C1 05030502IL00060008 0500 CJ50I 0502/、-H打0502TI-05031 I OS06IL -200圖4-1 控制梯形圖4.3工作過(guò)程（1）由于0500使用他的自身觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)），在 0000或0001閉合后仍 保持在ON狀態(tài)（自鎖）。同時(shí)，將其常閉觸點(diǎn)串入其他各回路中，在 0500接通 后，他的常閉觸點(diǎn)打開，切斷其他搶答回路（互鎖）；（2）0501，0502和0503以同樣方式動(dòng)作，自鎖繼電器在復(fù)位按鈕 PB5再次

8、動(dòng)作時(shí)將清零；（3）機(jī)會(huì)選擇開關(guān)SW1使 0009閉合后，10 s定時(shí)器TIM00啟動(dòng)；（4）如果0500, 0501，0502和0503在10 s定時(shí)器TM00動(dòng)作之前任何一個(gè) 閉合，則0506變?yōu)镺N以示搶答成功，同時(shí)切斷10 s計(jì)時(shí)顯示輸出回路，否則輸 出聲音提示，以示競(jìng)賽者放棄該題；（5）常開觸點(diǎn)0009斷開后，自鎖繼電器和定時(shí)器 TIM00將清零；（6） 搶答成功后，主持人閉合限時(shí)開關(guān) SW2使0010閉合后，1 min定時(shí)器 TIM01啟動(dòng)，時(shí)間到0505和0508閉合，紅燈亮并有聲音提示停止回答；（7）常開觸點(diǎn)0010斷開后，定時(shí)器TIM01清零，為下一輪搶答做好準(zhǔn)備。4.4外部

9、接線圖如圖4-2:aooa05000001050100020502000305030004050*0005050500050506000?0607oaoe0500口0009COMa 一0010COMcoi圖4-2 外部接線圖u-L21 口-爐L51AW4.5程序指令表如下表:表4-1程序指令表地址救嶠|地址指令軟堀IJ)00(H)0027AND OT()0080001UR0000028A) NOT(J SOOOR05000029AM MFI0003AND M)T00080030AND NOT1訂加1AMI) MOT05010031OUT0503 N(n0502 :0032LD0009AND m

10、05030033UM01)()l：T05000100：|8IJ)0002()034LDHMOO0009OR00030035AW) NO l0506閩I-)OR0501 ：0036OU105040011AND NOT00080037(UT0507: 2AND NOT05000038LD廣.i ”，0013AND NOT05020039OR： ：001 iAND NOT05030010OR0502OCT05010041OR05030016U)00040042Al)N()rTIMOO0017OR0005 :0013OR0506010也1A XT) XOT館01004 7JIM01W出AX1) )T0

11、503# 12000?3(JUT0502 :0048U)T1M0I腫2【1.1)0006 *0049OUT，；i J 0025OR00070050()VT0508fii)26()0503 ；0051END第五章單元模塊設(shè)計(jì)5.1搶答器電路模塊該電路主要完成兩個(gè)功能：（1）分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路 顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；（2）禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無(wú)效。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS279來(lái)完成。1. 優(yōu)先編碼器74LS14874LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表5-1為其真值表，圖5-1為其管腳圖I0丫0911

12、丫17I2丫26I374LS148I4Yex14I5I6I7SYs15(a)116215314474LS1481351261171089Y2 YiGN DYoI3I0IlVCCYsI2yex圖5-1 （b管腳圖表 5-1 74LS148 8線一3線二進(jìn)制編碼器真值表輸A輸出ST頁(yè)瑪站函甄函西畫石%1XKV.IL11i011111111111D0XJff蚩0D00010XXK01001UI0K拿011DI0010盤XX0L110L1010%X耳0111110uI0XX01111110nI0X0111L11IL00I0011111111L10174LS148工作原理如下：該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，

13、3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入 使能端ST，輸出使能端E0和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS當(dāng)ST=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)ST=1時(shí)，貝U不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3 個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工 作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來(lái)有效的情況。當(dāng)ST=0,且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯 0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志 GS為 0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為 1。由表5-1可知，在8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入信號(hào)和只有輸入 0端（優(yōu)先級(jí) 別最低位）有低電平輸入時(shí)，丫2丫1丫0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼 相同的情況

14、，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS= 1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無(wú)低電 平輸入，此時(shí)丫2丫1丫0=11偽非編碼輸出；GS= 0時(shí)，丫2丫1丫0=11俵示響應(yīng)輸入0 端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。Ys只有在ST為0,且所有輸入端都為1時(shí)，輸出為0,它可與另一片同樣器件的 ST連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編777碼器o從表5-1不難看出，輸入優(yōu)先級(jí)別的次序?yàn)?7, 6，0。輸入有效信號(hào) 為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端無(wú)低電平輸 入時(shí)，輸出端才輸出相對(duì)應(yīng)的輸入端的代碼。例如 5為0，且優(yōu)先級(jí)別比它高的輸 入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010,這就是優(yōu)先編碼器的工作

15、原理。2. 鎖存器74LS279在74LS279中，由于4回路中2回路置位端子為兩個(gè)，所以使用其一時(shí)，整 理兩個(gè)置位輸入作為1個(gè)使用，或?qū)⒘硪粋€(gè)輸入固定為“H使用。另外，作為稍 微變化74LS279的使用方法，也可將3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器 作為2輸入NAND1電路使用，復(fù)位輸入例如1管腳固定為” L”時(shí)其輸入為” H， 所以可構(gòu)成將2管腳和3管腳作為輸入，輸出為4管腳，此變換如圖5-2所示。m冋冋冋問(wèn)阿珂TinirErtt A 4Q 3S. X3Q w tiPii7?M!TnE!a 話圖5-2 鎖存器74LS279搶答器參考電路如圖_5-3所示，其工作過(guò)程：開關(guān) S置于清除端

16、時(shí)，RS觸 發(fā)器的 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0,使74LS148的=0,使之處于工作狀態(tài)。 當(dāng)開關(guān)S置于開始時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按 下S3），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1,74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=100, 經(jīng)譯碼顯示為4。此外，1Q= 1,使74LS14A 1,處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵 的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為1 Q= 1, 74LS14A 1,所 以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的 優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答

17、。mR SK S9 ?9 92Q1 rR Si s74LS2T9yiY2toYexYSST74LS14817B E M B 12HIDM卩5iOKflxS圖5-35.2定時(shí)電路模塊該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和1個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。一塊74LS192 實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路 74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電 路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)情況設(shè)定時(shí)間。共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí) 間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到

18、時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制74LS48,使0閃爍，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。1. 計(jì)數(shù)器74LS192圖74LS192具有下述功能：（1）異步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000（2）異步置數(shù)：CR=0 LD=Q Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0（3）保持： CR=0，LD=1, CPU=CPD=1,Q3Q2Q1保持原態(tài)；（4）加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1Q按加法規(guī)律計(jì)數(shù)；（5）減計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1Q按減法規(guī)律計(jì)數(shù)；74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為

19、減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CQ為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。Cff iid cd Lb7$ |i4 Ij圖5-4 計(jì)數(shù)器74LS192圖2. 譯碼器74LS4874LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和 單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48引腳排列示意圖5-5 :7A-1a.1BIk =2v C6CDJ .CLe LT-4aI LBI/REO5 _RBI1311Io1514圖5-5 74LS48引腳排列示意圖3. 555定時(shí)器555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖

20、如圖5-6所示:85kQCl|2-(TK) | 叫,I坨VC2+&31（蔬丁圖5-6 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖555定時(shí)器外引腳排圖如圖5-7所示:圖5-7 定時(shí)器外引腳排圖555定時(shí)器的內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3和2VCC/3 。555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1的反相輸入端的電壓為2VCC /3，C2的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于 VCC /3，貝吐匕較器

21、 C2的輸出為1， 可使RS觸發(fā)器置1 ,使輸出端 0UT=1。如果閾值輸入端 TH的電壓大于 2VCC/3,同時(shí)TR端的電壓大于 VCC/3，則C1的輸出為1，C2的輸出為0 ， 可將RS觸發(fā)器置0 ,使輸出為0電平。4. 定時(shí)電路設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)定時(shí)電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間預(yù)置，定時(shí)電路選用 十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路如圖5-8所示：5.3控制電路控制電路包括時(shí)序控制和報(bào)警兩個(gè)電路。1. 時(shí)序控制電路時(shí)序控制電路需具有以下幾個(gè)功能：（1）主持人閉合開關(guān)，多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài)；（2）參賽者按鍵時(shí)，搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作；（3）搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答

22、，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工 作。根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖5-9所示。圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。 圖11的工作原理是：主持人控制開關(guān)從清除位置撥到開始位置時(shí)，來(lái)自于圖 中的74LS279的輸出1Q=0,經(jīng)G3反相，A = 1,則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到 74LS192的CPD寸鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)， 貝定時(shí)到信號(hào)為1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí) 現(xiàn)功能1的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q= 1，經(jīng)G3反相，A= 0, 封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持狀態(tài)。工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功 能2的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，貝U 定時(shí)到信號(hào)為0,使74LS148處于禁止工作狀 態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)電路 保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能3的要求。圖5-9時(shí)序控制電路圖2. 報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如