基于PLC实现的数码显示抢答器设计.doc

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1、设 计 任 务 书设计目的： 设计一个知识竞赛用的抢答器数码显示系统。该抢答器共有四个抢答按钮，一个抢答开始启动按钮，一个演示按钮。模拟面板如下图所示：设计要求：1. 按下SD按钮后10秒之内可以进行抢答器显示，如果首先按下SQ1、SQ2、SQ3、SQ4中的任意一个按钮，则数码管显示为该按钮对应的数字并保持，在这10秒之内，按下其他按钮无效；10秒之后要启动抢答器必须再次按下SD按钮。2. 按下SD按钮后10秒之内，如按下ST按钮，八段数码管开始显示：先是一段段显示，然后显示1、4、9、1、6、2、5、3、6、4、9、6、4、8、1、1、0、0 。3、 正文字号和字体：汉字：各章标题和目录、摘

2、要、谢辞、参考文献、附录等部分的标题用小3号黑体；各节标题、用4号黑体；各条标题、各款标题用小 一、设计方案；二、硬件电路设计、I/O地址分配；三、软件设计；四、程序调试；五、心得体会附录1、参考文献附录2、程序清单一、 设计方案1、课程设计控制要求设计一个四参赛组的抢答器装置，主持人通过控制台的按钮控制比赛的进行。为了使比赛的评判工作更透明，也为了方便观众了解各组的战绩，抢答器装置应设置必要的显示，对抢答器的功能要求如下：1 比赛开始或宣布下一个题目之前，主持人要按一次复位按钮，使所有显示灯均灭；2 为了控制比赛时间，回答问题必须在10秒内完成，超时按错误论处。当主持人公布题目并按下强大按钮

3、后，参赛者有两秒抢答时间，超过两秒没人抢答，则题目作废，再抢答无效。两秒之内按下抢答按钮，这时控制台上的答题记时指示灯亮，自此抢答有效。当10秒到时，答题记时灯灭；3 先按下按钮的参赛组，其桌面上的指示灯亮，后按下按钮的参赛组指示灯不亮；4 如按下ST按钮，八段数码管开始显示：先是一段段显示，然后显示 1、4、9、1、6、2、5、3、6、4、9、6、4、8、1、1、0、0 。2、课程设计控制原理：1 与机电控制原理区别不大，PLC控制主要是通过程序语言来实现，用程序语言主要是为了替代硬接线控制电路过于频繁的改变接线方式带来的不便，从而只需改变程序语言的某个程序片断或几个指令便可实现控制要求。2

4、 与基本微机类似，PLC也是由软件和硬件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。PLC的基本工作过程如下：（1）输入现场信息 ： 在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态；（2）执行程序 ： 顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；（3）输出控制信号 ： 根据逻辑运算的结果，输出状态寄从器（锁从器）向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十ms。在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一

5、系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。为了提高工作的可靠性，即使接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除了完成上述操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。因此，整个扫描过程如图：二、硬件电路设计、I/O地址分配1、I/O地址分配I口：00000-SB 主持人控制抢答按钮（启动）按钮00001-SB1 第一参赛组抢答按钮00002-SB2 第二参赛组抢答按钮00003-SB3 第三参赛组抢答按钮00004-SB4 第三组参赛抢答

6、按钮00005-SB5 主持人控制复位按钮（停止）按钮O口：01000 输出控制抢答按钮（启动）信号01001 输出第一参赛组抢答信号01002 输出第二参赛组抢答信号01003 输出第三组参赛抢答信号01004 输出第四组参赛抢答信号01005 输出控制复位按钮 2、硬件设计1）、抢答电路 电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。图2 抢答电路其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效

7、。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门U11输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U11输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器74ls48译码，把相应的信号显示在数码管上。另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U11,使得U11的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从

8、而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 2）、定时电路 节目主持人通过按复位键来进行抢答倒计时。如图3。定时9秒，把74LS192对应的9，10，1，15四个端子预置为“1001”。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路555提供。当复位开关按下时，给74ls192一个低电平，从而开始倒计时，每来一个脉冲信号进行减计数一次。当有选手抢答或借位信号时，就使得74ls192的输入脉冲变成低电平，从而实现倒计时的停止。再按复位键时，再一次倒计时。图3 定时电路3）、抢答器控制电路 抢答器控制电路是

9、抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：（1）当参赛选手按动抢答键时，数码管显示，抢答电路和定时电路停止工作。 （2）当设定的抢答时间到，无人抢答时，数码管不显示，同时抢答电路和定时电路停止工作。 时序控制电路2、 所用器材1）. 十进制可逆计数器74LS192（54/74194）两个引脚图管脚及功能表如下：74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示： （a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2

10、、Q3为数据输出端。 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011 加计数011 减计数2.74LS48 (54/7448)七段译码器两个。74LS48的引脚排列： A、B、C、D 是输入端 a、b、c、d、e、f、g是输出端，3.555定时器一个：主要参数：电源电压为4.5-18V，最大输出电流为200mA，工作温度范围为-55oC-125oC。它基本原理是，由于电容C的两端的电压不能突变，定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。电源经过R1、R2给电容C充电，当电容的电压充到电源电压的2/3时，555内部的MOS管导通，输出为低电平。接着电

11、容通过R2和已经导通的MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时，MOS管截止电容放电停止，此时电源通过R1、R2再次向电容充电。4.74LS273八D触发器： 功能如下：(1).1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2(Q1)、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)全部输出0,即全部复位;(2).当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2(Q1)、5(Q2)、6(Q3)、9

12、(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8 三、 三、软件设计梯形图四、程序调试定时电路设计中，我们的显示电路出了问题，设定好的10秒的显示周期，结果在15秒以后十进位的显示器本应该显示由“1”跳变为“0”，但是我们的却跳不回来，在求助身边的同学后仍无法的到解决，我们知道是布线出了问题，但是不知道具体问题出在哪里。当抢答器显示数字时，按下开关SD，十秒内按SD后显示数字仍然会变化，不合要求，经过对程序的修改，在主程序上I0.5常闭触电并上M30.0,M30.1,M30.2和M30.3后程序运行成功；还有是电脑的毛病，通过换电脑，程序彻底没问题，能够正常运行了。五、心得体会

13、持续近一个星期的课程设计结束了，我们的设计虽然有一些小毛病，但总体上还是很成功的。一周的时间虽然很短暂，但从中获益匪浅. 毕竟在课堂上学习的内容真真正正能用到实际是有点超乎我们的想象，而且要把理论知识付诸实践确实非一件易事。 首先对PLC课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；课程设计对我们的总体电路的设计的要求严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计。还有一个难题就是怎么来选择我们所需要的芯片，从而实现我们所想实现的功能。其次，以前没有接触过仿真软

14、件，这次审计要使用仿真软件，所以学会了软件的基本应用，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。但是在电路仿真的过程中出现大量问题，需要我们细心解决，所以，我对电路故障的排查能力有了很大的提高。但由于是自己学习没有专业指导难免有一些我们不了解的功能。所以我们以后要多接触和了解一些仿真软件，多向老师请教学习。最后，感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在PLC课程方面还有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。从这过程，我锻炼了自己的动手能力，独立思考能力，分析实践能力，并学会了把自己的设计经验和思路拿出来与大家分享。

15、再次感谢田老师 以及同学的帮助。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，由此看来实践的重要，短短一星期的课程设计，学到了很多的东西，最重要的是我自己动手把我学习的知识用于实践，做出成功的作品，这才算真正学习到了东西。总之，这次实验我收获颇多。实践是获得知识的一种最好的手段！六、参考文献:1 可编程控制器原理及应用 宫淑贞 王冬青 徐世许 编著 人民邮电出版社2002年7月第1版2 机电传动控制 邓星钟 主编 华中科技大学出版社2001年3月第3版3 电工学（下册） 秦曾煌 主编 高等教育出版社1999年6月第5版4 在系统可编程技术及其器件原理与应用 刘笃仁 杨万海 编著西安电子科技大学出版社1999年5月第1版5 可编程序控制器原理及应用江秀汉李萍溥保中编 西安电子科技大学出版社1994年11月第1版文档来源网络，版权归原作者。如有侵权，请告知，我看到会立刻处理。 .