PLC课程设计-抢答器(完结版)

指导教师侯建华
摘要
抢答器是在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观的判断出抢答者的机器。通过抢答者所处位置的指示灯显示、语音提醒、数字显示、警示显示等手段筛选出抢答违规者或一个抢答成功者。此设计一个抢答器，在抢答比赛中，儿童二人参赛且其中任一人按钮可抢得，学生一人组队。教授二人参加比赛且二人同时按钮才能抢得。主持人宣布开始后方可按抢答按钮。主持人台设复位按钮，抢得及违例由各分台灯指示。有人抢得时有幸运彩球转动，违例时有警报声。
定时器的主要功能取决于比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。图中Rd为复位输入端，当Rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出Vo为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。
图1.1 555结构原理图
由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。
PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降，使PLC的成本下降，同时又由于PLC的功能大大增强，使PLC的应用越来越广泛，广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。
1.3 PLC的特点
⑴抗干扰能力强，可靠性高继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
1.3 PLC的特点………………………………………………………………………
2课程设计方法和内容………………………………………………………………7
2.1 封锁电路………………………………………………………………………7
2.2 定时电路………………………………………………………………………9
2.3 报警电路……………………………………………………………………10
JK出触发器如图功能有：
⑴主从JK触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能；
主从JK触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生；
不存在约束条件，但存在一次变化现象。
产生一次变化的原因是因为在CP=1期间，主触发器一直在接收数据，但主触发器在某些条件下（Q=0，CP=1期间J端出现正跳沿干扰或Q=1，CP=1期间K端出现正跳沿干扰），不能完全随输入信号的变化而发生相应的变化，以至影响从触发器状态与输入信号的不对应。
2.4.程序源代码………………………………………………………………13
3 儿童、教授对决赛抢答器总电路图…………………………………………
4 系统功能调试…………………………………………………………………
5 参考文献……………………………………………………………………16
儿童、教授对决赛抢答器
自动化专业学生门学明
3、然后主持人就按下计时开关，选手开始作答，作答的时间少于60秒，以倒数的方式进行，而且通过显示屏把时间显示出来。
4、当选手作答仅剩10秒时，开始通过喇叭响来做提示。如果到了显示“00”时，计时器不再进行倒数而停留在“00”状态。
5、此时选手仍没有作答成功，则主持人会对该选手进行减分处理，如果在“00”之前作答成功则加分，分数也是通过计分器显示出来。
关键词：封锁电路 定时电路 三极管
Children
Student majoring inAutomation majormenxueming
Tutor houjianhua
ABSTRACT
Responder is a knowledge contest, sports and entertainment activities (Responder activities) in an accurate, fair and intuitive determine the answer in those machines. Answer by location through the lights display, voice reminders, digital display, warning display and other illegal means to filter out the answer or an answer winner.The design of a responder responder, in the game, children two contestants and any button can have a team of people, students. Professor two people to participate in the competition and the two people at the same time button to grab. The moderator announced before by the answer button. The host set reset button, grab and violation bythelamp indicator. Some people have a lucky ball rotation, violation when the sirens
此次用3个JK触发器主要是构成三位二进制倒计时器计数器，其中前一个JK触发器的Qn端接下一个JK触发器CP端。CLR接主持人控制端。
集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路,因集成电路内部含有3个5千欧电阻而得名,在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着广泛的应用。而这次是将555够成一个多谐振荡器。
要求：
1.调研，查阅资料，分析比较，确定方案；
2.对硬件系统的设计，并完成外部接线；
3.对软件系统的设计，并完成调试；
4.编写设计说明书。
进度安排：
第1天 调研，收集资料（书籍和案例），撰写开题报告；
第2天 总体方案设计；
第3天 系统的调试（包括测试）和修改；
第4天 整理并撰写毕业设计说明书，完成初稿 ；
主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计时；
1.1课程设计使用的仪器和器件
1.1.1 定时器555定时器内部结构的简化原理图如下，它由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT以及缓冲器G组成。
一、设计内容与要求
设计抢答器，在某抢答比赛，儿童二人参赛且其中任一人按钮可抢得，学生一人组队。教授二人参加比赛且二人同时按钮才能抢得。主持人宣布开始后方可按抢答按钮。主持人台设复位按钮，抢得及违例由各分台灯指示。有人抢得时有幸运彩球转动，违例时有警报声。
本设计为四人参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用声、光指示；
Key words：Blocking circuit Timing circuit Transistor
方案设计与论证
抢答器的基本工作原理：
1、当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上并伴有响声。
2、此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。
当VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc时，基本RS触发器R=1、S=1，触发器状态不变，电路以保持原状态不变。
表1.1 555功能表
输入
输出
阀值输入（VI1）
R
出发输入（VI2）
S
复位（Rd）
输出（Vo）
放电管T
×
×
0
0
来自百度文库导通
<2/3Vcc
1
<1/3Vcc
0
1
1
截止
>2/3Vcc
0
>1/3Vcc
1.2 PLC的简介
PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形式一体，易于拓展其功能的原则设计。
6、之后主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。
原理框架图（图1）
图1.原理框架图
方案一、对照上面原理框架图，各个主要的部分选用对应功能的芯片进行设计，如果在仿真时没能找到相应的芯片则用相近的。比如在选手抢答时的输入用74148优先编码器进行编码让一个输入有效，并用七段显示译码器显示出台号。
1课程设计目的………………………………………………………………………3
1.1 课程设计使用的仪器和器件…………………………………………………3
1.1.1 定时器………………………………………………………………………4
1.1.2 三极管………………………………………………………………………5
1.2 PLC的简介……………………………………………………………………
菏泽学院 蒋震机电工程学院
菏泽学院本科生课程设计（论文）任务书
设计（论文）题目儿童教授对决赛抢答器
院、系专业蒋震机电工程学院自动化学生姓名门学明学 号201017165
指导教师姓名侯建华职称副教授
设计（论文）的主要内容（技术指标）与要求：
主要内容：
抢答器是在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观的判断出抢答者的机器。
第5天 经老师审阅后修改毕课程设计说明书；
院、系意见：
年月日
注：1.任务书由指导老师填写. 2.任务书必须在第七学期第13周前下达给学生
课程设计任务书……………………………………………………………………1
儿童、教授对决赛抢答器…………………………………………………………2
摘要…………………………………………………………………………………2
方案二、对照框架图，选用各种逻辑站以及相关的逻辑函数进行设计，编号进直接把锁存器的输出转化8421BCD码，并通过逻辑函数表达式的方式输入到显示译码器中让其显示出来。
通过比较可以得出方案一更可行，理由在于芯片组上集成的功能要强大些，且用的元器件的数目会相对少一些这样会更美观而且不容易出错。
1 课程设计目的
当VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端Vo为低电平。
当VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc时，比较器C1输出高电平,比较器C2输出输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。
D触发器如图，其功能有：
⑴D触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器。
D触发器属于脉冲触发方式。
D触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能强，工作速度快。
而这次正是利用了的以上功能来构成一个简单的抢答器。
综上所述可知在本次设计的电路中，RS边沿D触发器有四个，其作用是用来锁存非最先抢答者的抢答信号。而三个JK触发器则是构成了一个减法计数器且和555定时器一起使用，形成一个倒计时器，555是为JK触发器定时提供提够脉冲，使JK触发器工作。4511译码器将JK触发器输出的信号转换成能够在数码管上显示的有效信号。还有就是74190可逆计数器，主要是用来计算选手得分情况
1
1
0
导通
<2/3Vcc
1
>1/3Vcc
1
1
不变
不变
1.1.2三极管
在这次设计的用于竞赛的抢答器，电路图时很简单，组成器件应该说都是数电和模电中很常见的。
关于模电中用到的器件主要是三极管、发光二极管以及电容等。在模电中主要学习了三极管的放大功能和开关作用，而在这次设计的电路中，主要是运用了三极管的开关作用。
关键词………………………………………………………………………………2
Children，Professor finals Responde…………………………………………………2
ABSTRACT…………………………………………………………………………2
Key words……………………………………………………………………………2
三极管的三种工作状态：1当 、 、 β 三极管正向导通，此时工作在放大状态；2当 、 、 > /β时，三极管工作在保和区；3当 、 时，三极管工作在截止区。其中三极管的开关作用就是利用了它的2、3两点性质。
而这次主要用到的器件都是来自数电中，比如：触发器、逻辑门、译码器、数码管以及555定时器等。而在使用中各个器件也不是独立工作。