4路抢答器plc设计.docx

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4路抢答器plc设计

路抢答器设计

第一章设计选题及目的

设计选题

设计目的

第二章功能介绍

主要功能介绍

扩展功能介绍

第三章总体方案设计模块

第四章抢答器编程

选定输入、输出设备

工作过程

程序指令表

外部接线图

第五章单元模块设计

抢答器电路模块

定时电路模块

控制电路

参考文献

心得

第一章设计选题及目的

设计选题

设计选题：

四路抢答器的控制电路的设计。

控制要求：

（）竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮；

（）绿色指示灯亮后，须等主持人按下复位按钮后，指示灯才熄灭；

（）如果如果竞赛者在主持人打开开关内抢先按下按钮，电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会；

（）如果在主持人打开开关内无人抢答，则必须有声音警示，同时红色指示灯亮，以示竞赛者放弃该题；

（）在竞赛者抢答成功之后，应限定一定时间回答问题，根据题目难易可设定时间；

（）当主持人打开开关之后计时开始，如果竞赛者在回答问题时超出设定时限，则红色指示灯亮并伴有声音提示，竞赛者停止回答问题。

设计目的

通过这次课程设计，灵活运用《机电传动控制》理论知识，在实践中实现巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想。

第二章功能介绍

主要功能介绍

（）抢答器最多可供名选手参赛，编号为号，各队分别用一个按钮（分别为）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关，该开关由主持人控制。

（）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用数码管显示出来，直到主持人清零。

（）开关作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关被按下时抢答电路清零，当开关松开后则允许抢答。

输入抢答信号由抢答按钮开关实现。

（）有抢答信号输入（开关中的任意一个开关被按下）时，并显示出相对应的组别号码。

此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。

扩展功能介绍

（）抢答器具有定时抢答的功能，抢答的时间由主持人设定。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。

（）参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规，发出报警声。

（）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

（）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，发出短暂的报警声，时间显示器上显示为。

第三章总体方案设计模块

图为总体方框图。

其工作原理为：

接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”，抢答器工作。

定时器倒计时，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成优先判断、编号锁存、编号显示。

当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。

如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

图控制流程图

第四章抢答器编程

选定输入、输出设备

　　输入设备　　　　输入端子号

   抢答按钮　　

   抢答按钮　

   抢答按钮　

   抢答按钮　

   抢答按钮　

   抢答按钮　

   抢答按钮　

   复位按钮　

   选择开关　

   限时开关　　　

输出设备　　　输出端子号

   绿色指示灯输出 

   绿色指示灯输出 

   绿色指示灯输出 

   绿色指示灯输出 

   红色指示灯输出 

   红色指示灯输出 

   电磁开关输出  

　　回答限时声音输出 

控制梯形图

  系统控制梯形图如图所示。

图控制梯形图

工作过程

（）由于使用他的自身触点（常开触点），在或闭合后仍保持在状态（自锁）。

同时，将其常闭触点串入其他各回路中，在接通后，他的常闭触点打开，切断其他抢答回路（互锁）；

　　（），和以同样方式动作，自锁继电器在复位按钮再次动作时将清零；

　　（）机会选择开关使闭合后，定时器启动；

　　（）如果，，和在定时器动作之前任何一个闭合，则变为以示抢答成功，同时切断计时显示输出回路，否则输出声音提示，以示竞赛者放弃该题；

　　（）常开触点断开后，自锁继电器和定时器将清零；

   （）抢答成功后，主持人闭合限时开关使；

闭合后，定时器启动，时间到和闭合，红灯亮并有声音提示停止回答；

　　（）常开触点断开后，定时器清零，为下一轮抢答做好准备。

程序指令表

如下表:

表程序指令表

外部接线图

如图:

图外部接线图

第五章单元模块设计

抢答器电路模块

该电路主要完成两个功能：

（）分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；

（）禁止其他选手按键，其按键操作无效。

电路选用优先编码器和锁存器来完成。

.优先编码器

为线－线优先编码器，表为其真值表，图为其管脚图。

图管脚图

表线—线二进制编码器真值表

工作原理如下：

该编码器有个信号输入端，个二进制码输出端。

此外，电路还设置了输入使能端，输出使能端和优先编码工作状态标志。

当时，编码器工作；而当时，则不论个输入端为何种状态，个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。

这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。

当，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑）时，优先编码工作状态标志为。

表明编码器处于工作状态，否则为。

由表可知，在个输入端均无低电平输入信号和只有输入端（优先级别最低位）有低电平输入时，均为，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由的状态加以区别，当＝时，表示个输入端均无低电平输入，此时为非编码输出；＝时，表示响应输入端为低电平时的输出代码（编码输出）。

只有在为，且所有输入端都为时，输出为，它可与另一片同样器件的连接，以便组成更多输入端的优先编码器。

从表不难看出，输入优先级别的次序为，，……，。

输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。

例如为，且优先级别比它高的输入和输入均为时，输出代码为，这就是优先编码器的工作原理。

.锁存器

在中，由于回路中回路置位端子为两个，所以使用其一时，整理两个置位输入作为个使用，或将另一个输入固定为“”使用。

另外，作为稍微变化的使用方法，也可将组作为锁存器使用，剩余的锁存器作为输入门电路使用，复位输入例如管脚固定为””时其输入为””，所以可构成将管脚和管脚作为输入，输出为管脚，此变换如图所示。

图锁存器

抢答器参考电路如图所示，其工作过程：

开关置于"清除"端时，触发器的端均为，个触发器输出置，使的＝，使之处于工作状态。

当开关置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下），的输出经锁存后，处于工作状态，,经译码显示为""。

此外，＝，使＝，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。

当按键松开即按下时，的此时由于仍为１＝，＝，所以仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。

如有再次抢答需由主持人将开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

图抢答器参考电路图

定时电路模块

该部分主要由定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器减法计数电路、译码电路和个段数码管即相关电路组成。

一块实现减法计数，通过译码电路显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。

的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据情况设定时间。

共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制，使闪烁，同时以后选手抢答无效。

.计数器图

具有下述功能：

（）异步清零：

，；

（）异步置数：

，，；

（）保持：

，，保持原态；

（）加计数：

，，，按加法规律计数；

（）减计数：

，，，按减法规律计数；

是双时钟方式的十进制可逆计数器。

为加计数时钟输入端，为减计数时钟输入端。

为预置输入控制端，异步预置。

为复位输入端，高电平有效，异步清除。

为进位输出：

状态后负脉冲输出。

为借位输出：

状态后负脉冲输出。

图计数器图

.译码器

芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。

引脚排列示意图：

图引脚排列示意图

.定时器

定时器的内部电路框图如图所示：

图定时器的内部电路框图

定时器外引脚排图如图所示：

图定时器外引脚排图

定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个触发器，一个放电管及功率输出级。

它提供两个基准电压和。

定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当脚悬空时，则电压比较器的反相输入端的电压为，的同相输入端的电压为。

若触发输入端的电压小于，则比较器的输出为，可使触发器置，使输出端。

如果阈值输入端的电压大于，同时端的电压大于，则的输出为，的输出为，可将触发器置，使输出为电平。

.定时电路

设定一次抢答的时间，通过定时电路对计数器进行时间预置，定时电路选用十进制同步加减计数器进行设计，电路如图所示：

图定时电路图

控制电路

控制电路包括时序控制和报警两个电路。

.时序控制电路

时序控制电路需具有以下几个功能：

（）主持人闭合开关,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态;

（）参赛者按键时,抢答电路和计时电路停止工作;

（）抢答时间到,无人抢答,扬声器发声,同时抢答电路和计时电路停止工作。

根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图所示。

图中，门的作用是控制时钟信号的放行与禁止，门的作用是控制的输人使能端。

图的工作原理是：

主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时，来自于图4.1.3中的的输出，经反相，＝，则时钟信号能够加到的时钟输入端，定时电路进行递减计时。

同时，在定时时间未到时，则"定时到信号"为，门的输出，使处于正常工作状态，从而实现功能的要求。

当选手在定时时间内按动抢答键时，＝，经反相，＝，封锁信号，定时器处于保持状态。

工作状态；同时，门的输出，处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。

当定时时间到时，则"定时到信号"为，使处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。

同时，门处于关门状态，封锁信号，使定时电路保持状态不变，从而实现功能的要求。

图时序控制电路图

.报警电路

由定时器和三极管构成的报警电路如图所示。

其中和、、等组成可控多谐振荡器，其输出信号由脚输出经三极管推动扬声器。

图报警电路图

参考文献

[]张世生等.可编程控制器应用技术.西安电子科技大学出版社，.

[]张万忠等.电器与控制技术.化学工业出版社.

[]高钦和.可编程控制器应用技术与设计.人民邮电出版社.

[]路林吉应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社.