1、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)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(wú)人搶答，則有聲音提示，說(shuō)明該題無(wú)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，

2、第一個(gè)按下按鈕的信號(hào)有效，后按下的按鈕信號(hào)無(wú)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1min，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)計(jì)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。四、 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

3、電路的制作和接線，構(gòu)思設(shè)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(jī)（第二周星期五）。五、 完成后應(yīng)上交的材料 plc外圍硬件連接電路、程序清單及課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。六、 總評(píng)成績(jī)指導(dǎo)教師 簽名日期 年 月 日系 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.7 3.1硬件i/o地址分配.8 3.2 方案選擇9 3.3 控制系統(tǒng)的硬件組成.134 搶答器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì).14 4

4、.1 軟件流程圖的設(shè)計(jì).14 4.2 plc控制程序的設(shè)計(jì).16 4.2.1 主持人開始復(fù)位初始化16 4.2.2 搶答前計(jì)時(shí)17 4.2.3 搶答總臺(tái)綠燈亮17 4.2.4 違規(guī)搶答紅燈亮18 4.2.5 總臺(tái)音響19 4.2.6 搶答標(biāo)志19 4.2.7 加減分程序20 4.2.8 各位選手的分?jǐn)?shù)顯示.22 4.2.9 復(fù)位23 4.3 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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已有很多類型的知識(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

5、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，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(wú)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

6、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)違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”。可編程控制器是以計(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、體積小?，F(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(lái)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

7、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sb1sb3，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(wú)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2-1控制器組成框圖圖2-12. 2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.主持人提出問題按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，若10s內(nèi)無(wú)人搶答，則有聲音提

8、示，說(shuō)明該題無(wú)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(wú)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1min，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)如下：搶答有效：搶答者燈亮、控制臺(tái)綠燈

9、亮機(jī)聲響。10s無(wú)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1s。3 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(lái)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)本著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)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)

10、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)sb0x01號(hào)臺(tái)指示燈hl1y12第1號(hào)搶答按鈕（sb1）x1 2號(hào)臺(tái)指示燈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y0y11計(jì)時(shí)按鈕 (sb7)x7違規(guī)按鈕 (sb8)

11、x10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(lái)完成。如下圖3-2-1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)，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

12、碼器，其管腳如圖3-2所示主要端子介紹如下：a) 鎖存部分有死未存儲(chǔ)電路le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時(shí)，允許譯碼輸出，隨ad變化。 le=1時(shí)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)bi=0 時(shí)，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)字顯示器件時(shí)，一定要加限流電阻，限流電阻約為200，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=“1”時(shí)，顯示數(shù)8，幾個(gè)段均亮。d) 當(dāng)輸入的bcd大雨1001時(shí)，七段顯示輸出全為“0”，數(shù)碼管熄火。cd4511

13、真值表如表2：輸 入輸 出lebilidcbaabcdefg顯示xx0xxxx11111118x01xxxx0000000熄滅01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000熄滅01110110000000熄滅01111000000000熄滅01111010000000熄滅01111100000000熄滅0111111

14、000000熄滅111xxxx鎖 存熄滅表2 cd4511的真值表（5）顯示原理簡(jiǎn)介本顯示電路采用靜態(tài)方式顯示，按照時(shí)間段分別把十位、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cd4511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)

15、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)象首先是輸入信號(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3-3為：數(shù)字量輸出聲音輸出信號(hào)fx2n-32mr數(shù)字量輸入主持人輸入信號(hào)搶答輸入信號(hào)各組成績(jī)顯示輸出信號(hào)10秒和60秒輸出信號(hào)指示燈輸出信號(hào)硬件組成結(jié)構(gòu)圖3-34 搶答器軟件系統(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

16、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： 提問開始？有人搶答？10s后自動(dòng)復(fù)位n2計(jì)時(shí)答題超時(shí)？y2回答正確？加分減分復(fù)位？結(jié)束y3n3y1違規(guī)搶答違規(guī)減分n1y4n4n5y5主流程圖4-1開始所有數(shù)碼管le端置1分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成bcd碼使十位le端為低電平分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)移到cd4511的輸入端顯示分?jǐn)?shù)十位使十位le端為高電平使個(gè)位le端為低電平分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)移到cd4511的輸入端顯示分?jǐn)?shù)個(gè)位使個(gè)位le端為高電平結(jié)束 刷新程序流程圖4-2分值）4.2 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0圖4-2-14

17、.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4-2-2圖4-2-24.2.3 搶答總臺(tái)綠燈亮有10s后無(wú)人應(yīng)答，m1得電自鎖，控制臺(tái)綠燈亮2s，m7,m8,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1s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：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）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?，相?yīng)繼電器得

18、電，總臺(tái)紅燈亮，如下圖4-2-4所示圖4-2-44.2.5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1s。如下圖4-2-5圖4-2-54.2.6 搶答標(biāo)志m200為 繼電器，m3,m4,m5分別為各位選手搶答繼電器，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(wú)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k1m100中間繼電器，如圖4-2-7（1）所示。圖4-2-7（1）2) 正規(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

19、、m4、m5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）。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

20、應(yīng)繼電器得電而常開接通，繼電器m210得電，按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)復(fù)位. 如圖4-2-9所示：圖4-2-94.3 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(zhǎng)；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)誤，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)誤置零，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plc控制”的課程設(shè)計(jì)，雖然辛苦卻是無(wú)比的充實(shí)，它使得我對(duì)plc的掌握進(jìn)一步的增強(qiáng)，加深了對(duì)plc它們的理解