六路搶答器PLC控制

1、編號(hào)： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書題 目： 六路搶答器的PLC控制 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名： 施 狄 學(xué) 號(hào)： 1053200127 指導(dǎo)教師： 廖曉梅 職 稱： 高級(jí)工程師 題目類型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 應(yīng)用研究2012 年 12 月 18 日 IV摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化實(shí)業(yè)的發(fā)展，在很多公開競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等，因此出現(xiàn)了搶答器。最初的搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運(yùn)算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起

2、來(lái)就更加困難。因此，一種能夠體現(xiàn)競(jìng)賽的公開、公平、公正性的知識(shí)競(jìng)賽搶答器成為一種需求。本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能并增加了觸摸屏畫面及其密碼保護(hù)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入觸摸屏的數(shù)據(jù)，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案，從而使得競(jìng)賽不斷完善其公平、公正性。關(guān)鍵詞：三菱PLC；競(jìng)技搶答器；八段譯碼器AbstractWith the development of Chinas economy and culture Industrial fair competition rulin

3、g required in many public arenas, such as securities, stock exchange, and a variety of quiz Responder. Initial Responder is constituted by the priority encoder logic circuit, its operation speed is slow, the circuit complexity, reliability is not high, the function is also relatively simple, especia

4、lly when a lot of Responder ones, it is more difficult to achieve them. Therefore, one can reflect the contest open, fair and impartiality of the knowledge contest Responder become a demand.The design will be PLC as the core design of the system structure, program instructions, ladder, as well as in

5、put and output terminal allocation scheme and increase the range of useful features, retained the basic functions of the original Responder touchscreen screen andpassword protection, its control convenient and flexible, as long as the change in the input data of the touch screen, you can change the

6、contest Responder Responder program constantly improve its fairness, impartiality of making contest.Keywords:Panasonic programmable logic controller;competitive responder;eight decoder目 錄引言11 控制要求與總設(shè)計(jì)方案11.1 搶答器控制要求11.2 觸摸屏畫面要求21.3 總體設(shè)計(jì)方案21.4 設(shè)計(jì)方案論證22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1 PLC 簡(jiǎn)介22.1.1PLC的基本組成32.1.2PLC的工作原理32.1.3

7、PLC的選型42.2 PLC的IO地址分配52.3 控制系統(tǒng)的流程圖62.4 梯形圖設(shè)計(jì)與分析62.4.1主程序設(shè)計(jì)62.4.2違規(guī)搶答設(shè)計(jì)72.4.3搶答程序設(shè)計(jì)72.4.4時(shí)間顯示的程序設(shè)計(jì)83 觸摸屏密保設(shè)計(jì)83.1 密碼保護(hù)梯形圖設(shè)計(jì)及分析83.2 觸摸屏設(shè)計(jì)94 硬件電路設(shè)計(jì)114.1 硬件分析114.2 74LS48譯碼器124.3 八段數(shù)碼管135 程序調(diào)試及分析135.1 軟件調(diào)試145.2 硬件調(diào)試146 結(jié)論 14謝 辭16參考文獻(xiàn)17附 錄18 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 21 頁(yè) 共 21 頁(yè) 引言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

8、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(guò)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(guò)程。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，無(wú)法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級(jí)換代。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其程序簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其

9、功能的升級(jí)換代，但鑒于其必須配合計(jì)算機(jī)實(shí)用，可操作性差，沒有得到廣泛的應(yīng)用。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。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)。本設(shè)計(jì)是利用可編程控制器PLC作為載體的一套六路搶答器裝置?？删幊炭刂破鱌LC是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控

10、制、定時(shí)、技數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。其具有：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；功能強(qiáng)；系統(tǒng)組合靈活方便；對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)；安裝方便、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是應(yīng)用PLC為控制控制核心的六路搶答器，具有反應(yīng)迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。1 控制要求與總體設(shè)計(jì)方案1.1 搶答題控制要求（1）6個(gè)隊(duì)可同時(shí)參加搶答。（2）裁判臺(tái)設(shè)有裁判燈和報(bào)警燈，并且設(shè)有裁判臺(tái)開始按鈕SB0和裁判臺(tái)復(fù)位按鈕SB7；參賽臺(tái)設(shè)有參賽臺(tái)搶答按鈕以及參賽臺(tái)燈。1-6號(hào)參賽臺(tái)分別對(duì)應(yīng)按鈕SB1-SB6及參賽臺(tái)燈EL1-EL6。（3）知識(shí)

11、競(jìng)賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊(duì)搶答必須在裁判說(shuō)出“開始”并按下裁判臺(tái)的開始按鈕SB0后20s內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時(shí)間。如提前搶答，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號(hào)。20s時(shí)間到，如無(wú)隊(duì)搶答，則搶答器給出時(shí)間已到信號(hào)，該題作廢。在有隊(duì)搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號(hào)，數(shù)碼管開始計(jì)時(shí)，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊(duì)號(hào)，搶到題的隊(duì)必須在30s內(nèi)答完題，如30s內(nèi)未答完，則作超時(shí)處理。（4）在某個(gè)題結(jié)束后，裁判員按下臺(tái)上的復(fù)位按鈕SB5，搶答器恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準(zhǔn)備。1.2 觸摸屏畫面要求（1）時(shí)間設(shè)定作為一個(gè)畫面；（2）主畫面包括所有的輸入和輸出點(diǎn)；（3）時(shí)間設(shè)定畫面有密碼保

12、存（擴(kuò)展點(diǎn)）；（4）每個(gè)顯示畫面之間可互相切換。1.3 總體設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的六路搶答器主要由控制按鍵、控制系統(tǒng)（PLC）、信號(hào)輸出組成（時(shí)間顯示、隊(duì)員顯示、隊(duì)員LED燈顯示）。六路搶答器的組成示意圖如圖1-1所示。各個(gè)模塊再編寫相應(yīng)程序，最后組合在一起即可。 圖1-1 搶答器的組成示意圖1.4 設(shè)計(jì)方案論證方案一: 搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路，數(shù)字電路或者模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式。但這種對(duì)電路知識(shí)要求很高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單。方案二：基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)，這種的成本較高，對(duì)硬件電路要求較高，運(yùn)用單片機(jī)所學(xué)只是，通過(guò)外部硬件電路的鏈接和編程實(shí)現(xiàn)。方案三：運(yùn)用PLC可編程控

13、制邏輯器件，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)邏輯輸入輸出的功能，達(dá)到一個(gè)實(shí)現(xiàn)控制要求的目的，運(yùn)用MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)行界面監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制，綜合起來(lái)看，運(yùn)用單片機(jī)及數(shù)電模電知識(shí)做不利于監(jiān)控界面的制作，最終選擇基于PLC的搶答器設(shè)計(jì)。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 PLC的簡(jiǎn)介 2.1.1PLC的基本組成PLC種類繁多，但其組成和工作原理基本相同。用PLC實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC主要是由CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊和輸入/輸出模塊、電源模給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC主要是由CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊和輸入/輸出模塊、電源模給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC主

14、要是由CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊和輸入/輸出模塊、電源模塊及編程器等組成。PLC結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 PLC結(jié)構(gòu)框圖（1）中央處理模塊（CPU）。CPU一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連。（2）存儲(chǔ)器模塊。存儲(chǔ)器模塊主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。PLC配有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能訪問和修改這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。用戶存儲(chǔ)器是用來(lái)存放用戶經(jīng)編程器輸入的應(yīng)用程序。（3）輸入/輸出模塊。輸入/

15、輸出模塊是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各種信號(hào)連接的部分。由于PLC在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)工作，對(duì)輸入/輸出模塊有兩個(gè)主要要求，一是要有良好的抗干擾能力，二是能滿足工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的各類信號(hào)的匹配要求。（4）電源模塊。PLC的電源模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成工CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電源，是整個(gè)PLC的能源供給中心。它的好壞直接影響到PLC的功能和可靠性。目前，大多數(shù)PLC采用高質(zhì)量的開關(guān)穩(wěn)壓電源，其工作性能好，抗干擾能力強(qiáng)。（5）編程器。編程器也是PLC的一種重要的外部設(shè)備，用于手持編程。用戶可用它輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或用它監(jiān)視PLC的工作情況。除手持編程器外，還可將PLC和計(jì)算機(jī)連接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行

16、編程或監(jiān)控。 2.1.2PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描。如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作，周而復(fù)始。當(dāng)PLC處于運(yùn)行（RUN）狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作；當(dāng)PLC處于STOP狀態(tài)時(shí)，之完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。PLC基本工作模式如圖2-2所示。內(nèi)

17、部處理通信服務(wù)輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新圖2-2 PLC基本工作模式 當(dāng)PLC處于RUN狀態(tài)下正常運(yùn)行時(shí)，它將不斷重復(fù)掃描過(guò)程。分析其掃描過(guò)程，如果對(duì)遠(yuǎn)程I/O、特殊模塊和而其他通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過(guò)程就只剩下輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。由于這三個(gè)階段是PLC工作過(guò)程的重要過(guò)程。下面就對(duì)著三個(gè)過(guò)程詳細(xì)分析。（1）輸入采樣。 PLC在輸入采樣階段，首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其存入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)有變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。變化了

18、的輸入信號(hào)狀態(tài)只能在一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段被讀入。（2）程序執(zhí)行。PLC在程序執(zhí)行階段，按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，所需的執(zhí)行條件可從輸入狀態(tài)寄存器和當(dāng)前狀態(tài)寄存器中讀入，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中。所以狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。（3）輸出刷新。當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作，這就是PLC的實(shí)際輸出。2.1.3PLC的選型可編程控制器(PLC)按輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及CPU功能分為大、中、小3種類型，按其結(jié)構(gòu)又可分為整體式和

19、模塊式PLC。目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、歐姆龍（OMRON）、德國(guó)的西門子（SIMENS）、法國(guó)的TE、韓國(guó)的三星（SUMSUNG）、LG等。本設(shè)計(jì)采用采用三菱公司的FX2N系列PLC，如圖2-3所示。 圖2-3 三菱FX2N系列PLCFX2N系列PLC系統(tǒng)由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、特殊擴(kuò)展設(shè)備、外圍設(shè)備等構(gòu)成。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)的、速度最高的微型可編程控制器。其基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08微妙。用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到16K，最大可以擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，有五種模

20、擬量輸入/輸出模塊、高速計(jì)算器模塊、脈沖輸出模塊、四種位置控制模塊、多種RS-232C/RS422/RS-485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以及模擬定時(shí)器功能擴(kuò)展板。使用特殊模塊和功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。在選用FX2N系列時(shí)，須考慮到下述各點(diǎn)：（1）輸入輸出總點(diǎn)數(shù)控制在256點(diǎn)以內(nèi)。（2）電源容量?；締卧蛿U(kuò)展單元內(nèi)部裝有電源，對(duì)擴(kuò)展模塊提供DC24V電源，對(duì)特殊模塊提供DC5V電源。因此，擴(kuò)展模塊和特殊模塊的耗電量應(yīng)控制在基本單元及擴(kuò)展單元的電源容量范圍之內(nèi)。（3）對(duì)于FX2N基本單元，外接特殊單元、特殊模塊的數(shù)量，最多不超過(guò)8臺(tái)。2.2 PLC的IO地址分

21、配（1） 輸入地址分配如下表2-4所示。 表2-4 輸入地址分配表功能I/0端口開始搶答按鍵X01號(hào)選手搶答按鈕X12號(hào)選手搶答按鈕X23號(hào)選手搶答按鈕X34號(hào)選手搶答按鈕X45號(hào)選手搶答按鈕X56號(hào)選手搶答按鈕X6復(fù)位按鍵X7 （2） 輸出地址分配如下表2-5所示。 表2-5 輸出地址分配表功能I/0端口報(bào)警燈Y71號(hào)選手搶答燈Y142號(hào)選手搶答燈Y153號(hào)選手搶答燈Y164號(hào)選手搶答燈Y175號(hào)選手搶答燈Y246號(hào)選手搶答燈Y25選手號(hào)碼顯示數(shù)碼管Y20-Y23倒計(jì)時(shí)十位數(shù)碼管顯示Y00-Y03倒計(jì)時(shí)個(gè)位數(shù)碼管顯示Y10-Y13裁判燈Y62.3 控制系統(tǒng)的流程圖當(dāng)裁判按下開始按鈕時(shí)，六個(gè)參

22、賽隊(duì)員處于搶答狀態(tài)，假如是一號(hào)參賽隊(duì)先搶到題目，PLC先判斷搶答是否成功，若成功，則進(jìn)行下一步看是否在規(guī)定的搶答時(shí)間內(nèi)答題，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時(shí)，則裁判臺(tái)警報(bào)燈閃爍提示主持人；如果搶答沒有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若提前搶答，顯示犯規(guī)參賽隊(duì)員的號(hào)碼，裁判臺(tái)警報(bào)燈常亮，若無(wú)人搶答則裁判臺(tái)警報(bào)燈閃爍提示主持人。如圖2-6所示。主持人按鈕按下?lián)尨鸬褂?jì)時(shí)開始倒計(jì)時(shí)到00結(jié)束有選手違規(guī)搶答有無(wú)選手按下?lián)尨鸢存I進(jìn)入答題時(shí)間且顯示選手座位號(hào)碼警報(bào)燈警報(bào)燈 復(fù)位圖2-6 控制系統(tǒng)流程圖2.4 梯形圖設(shè)計(jì)與分析2.4.1主程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主程序共分為兩部分，一部分是主持人按開始按鈕前要是有人按下?lián)?/p>

23、答按鈕則視為違規(guī)，此時(shí)的動(dòng)作顯示為數(shù)碼管顯示搶答隊(duì)員及搶答隊(duì)員前面的LED燈亮報(bào)警燈也閃爍。一部分為主持人按下開始按鈕后，此時(shí)如果有人搶答則顯示搶答隊(duì)員及搶答時(shí)間顯示，如果沒有人搶答則數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，報(bào)警燈閃爍。2.4.2違規(guī)搶答設(shè)計(jì)如下圖2-7為違規(guī)搶答模塊的部分梯形圖，完整梯形圖見附錄一，當(dāng)裁判員沒有按下X0開始按鈕時(shí)M0沒有得電，M0常閉仍然為常閉，當(dāng)有選手在裁判員沒按開始按鈕時(shí)按下?lián)尨鸢存I，則M8報(bào)警燈得電，D2顯示該選手的座位號(hào)，報(bào)警燈常亮，同時(shí)M8常閉斷開，防止有多位選手同時(shí)違規(guī)搶答而導(dǎo)致數(shù)碼管顯示不到最先違規(guī)的選手號(hào)碼。從而實(shí)現(xiàn)違規(guī)搶答功能。圖2-7 違規(guī)搶答梯形圖2.4.3

24、搶答程序設(shè)計(jì)如下圖2-8為搶答模塊的部分梯形圖，完整梯形圖見附錄一，當(dāng)裁判員按下X0開始按鈕后，輔助寄電器M0得電，T0開始計(jì)時(shí)，在T0計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)，若有某選手按下自己的搶答按鍵，則該選手的搶答燈亮，D2顯示選手座位號(hào)全部選手的搶答按鍵是互相互鎖的，所以只要有一位選手的搶答燈亮后則其他選手的搶答燈是無(wú)法再亮了，這就實(shí)現(xiàn)了搶答的功能。 圖2-8 搶答部分梯形圖2.4.4時(shí)間顯示的程序設(shè)計(jì)通過(guò)觸摸屏設(shè)置可以設(shè)置搶答時(shí)間，采用數(shù)據(jù)寄存器D來(lái)保存數(shù)據(jù)，然后將從觸摸屏輸入的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)寄存器D中，再通過(guò)賦值語(yǔ)句傳送給定時(shí)器從而設(shè)置定時(shí)時(shí)間。本次設(shè)計(jì)采用的定時(shí)器定時(shí)精度是100ms，因此當(dāng)從觸摸屏設(shè)置定時(shí)

25、時(shí)間時(shí)要考慮單位問題，采用MUL語(yǔ)句將從觸摸屏輸入的數(shù)據(jù)乘以10即可得定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。要使數(shù)碼管顯示的時(shí)間為倒計(jì)時(shí)顯示則要使用SUB減法語(yǔ)句，如圖2-9所示。當(dāng)M1接通后，將D200中的數(shù)據(jù)減去T2中的數(shù)據(jù)最后的結(jié)果保存在D40中，此時(shí)D40中的數(shù)據(jù)單位為ms如果直接給數(shù)碼管顯示，則顯示錯(cuò)誤。采用DIV除法語(yǔ)句，當(dāng)M1接通后將D40中的數(shù)據(jù)除以100最后的結(jié)果保存在D50中，余數(shù)保存在D51中。再將D3的數(shù)據(jù)除以10保存在D4中，此時(shí)D4中的數(shù)據(jù)為顯示時(shí)間的十位數(shù)，D6中的數(shù)據(jù)為顯示時(shí)間的個(gè)位數(shù)，最后將Y10到Y(jié)17接到譯碼器的相應(yīng)接線端即可在數(shù)碼管上顯示倒計(jì)時(shí)間。 圖2-9 倒計(jì)時(shí)間的顯示

26、3 觸摸屏密保設(shè)計(jì)3.1 密碼保護(hù)梯形圖設(shè)計(jì)及分析下圖3-1為密碼保護(hù)的部分梯形圖，當(dāng)PLC上電時(shí),M8002為上電脈沖，由MOV指令將123傳給D40，利用比較指令等號(hào)(當(dāng)D40D41時(shí)，M42得電，當(dāng)D40=D41時(shí)，M43得電，當(dāng)D40D41時(shí)，M43得電)，只有輸入的D40與D41相等的時(shí)候,M12得電。在觸摸屏中將主畫面切換軟元件設(shè)置為D14，窗口畫面切換軟元件設(shè)置為D13。 圖3-1 密碼保護(hù)部分梯形圖3.2 觸摸屏設(shè)計(jì)（1）主畫面設(shè)計(jì)圖3-2 觸摸屏主畫面上圖3-2為能完成所有搶答功能的觸摸屏主畫面，將位開關(guān)的軟元件分別與PLC的梯形圖中的輸入輸出觸電相綁定，從而實(shí)現(xiàn)了通過(guò)觸摸屏

27、模擬基于PLC的搶答器的所有功能。（2）密碼輸入窗口畫面設(shè)計(jì)圖3-3 密碼輸入畫面上圖3-3為密碼輸入窗口畫面，當(dāng)輸入正確密碼后，如果密碼正確，則M95中間繼電器得電，如果密碼錯(cuò)誤則M92中間繼電器得電，只有當(dāng)M95得電且點(diǎn)擊確認(rèn)即M90得電后，才能轉(zhuǎn)到基本畫面2（參數(shù)修改畫面）。（3）參數(shù)修改畫面設(shè)計(jì)圖3-4 參數(shù)修改畫面上圖3-4為參數(shù)修改畫面，這里我將參數(shù)的十位和個(gè)位分開來(lái)進(jìn)行輸入，這是為了在實(shí)際操作輸入當(dāng)中能更明白更直觀的通過(guò)2個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。通過(guò)對(duì)象菜單里面的數(shù)據(jù)輸入按鈕連接PLC的D31、D32、D35、D36，通過(guò)在觸摸屏中隊(duì)數(shù)據(jù)輸入按鈕進(jìn)行設(shè)置值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC中程序中

28、上述寄存器的賦值。當(dāng)點(diǎn)擊確認(rèn)即M90時(shí)，數(shù)據(jù)輸入到PLC中，通過(guò)對(duì)按鈕設(shè)置畫面切換開關(guān)，點(diǎn)擊返回則跳轉(zhuǎn)到主畫面。（2）密碼修改畫面設(shè)計(jì)下圖3-5為密碼修改畫面，通過(guò)對(duì)舊密碼D41的賦值來(lái)導(dǎo)通對(duì)新密碼D42的賦值，當(dāng)輸入的確認(rèn)新密碼D43與D42的值比較，如果相等，當(dāng)點(diǎn)擊確定，則M100中間繼電器導(dǎo)通，舊密碼D40則被改成了新密碼。M102得電，顯示修改成功，反之顯示修改失敗。圖3-5 密碼修改畫面（5）在系統(tǒng)環(huán)境畫面切換里面對(duì)基本畫面和窗口畫面設(shè)置軟元件，在切換個(gè)畫面時(shí)用軟元件來(lái)進(jìn)行操作，可以使操作更加直觀。（6）在對(duì)觸摸屏畫面設(shè)置各種功能的時(shí)候，同時(shí)對(duì)程序進(jìn)行修改，沒完成一種功能就對(duì)其進(jìn)行仿

29、真，以檢驗(yàn)程序是否有誤。（7）在完善六路搶答器的各種功能后，對(duì)觸摸屏畫面進(jìn)行布局，以使其更加美觀、直觀且方面使用者操作。4 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 硬件分析智能競(jìng)賽搶答器通過(guò)PLC進(jìn)行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過(guò)裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號(hào)傳遞給信息分析中心（PLC），PLC將根據(jù)信號(hào)作出相應(yīng)的響應(yīng)。競(jìng)賽搶答器有八個(gè)輸入信號(hào)（即八個(gè)按鈕），九個(gè)輸出信號(hào)（即六個(gè)燈管信號(hào)、一個(gè)音響信號(hào)、二個(gè)指示燈數(shù)碼管輸出信號(hào)）。由上可知PLC共有：八個(gè)輸入點(diǎn)，九個(gè)輸出點(diǎn)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖4-1所示 FX2N48MRSB0SB7SB1到Sb6顯示器參賽隊(duì)號(hào)碼計(jì)數(shù)器的個(gè)位計(jì)數(shù)器的十位指示燈數(shù)碼管警報(bào)

30、燈圖4-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖。4.2 74LS48譯碼器 下圖4-2為7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其真值表如表4-3。其工作電壓為5V。圖4-2 74LS48譯碼器引腳圖74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1） 在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，

31、輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。（2）消隱功能（BI=0） 此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。（3）燈測(cè)試功能（LT = 0） 此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1

32、） 此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。表4-3 74LS48真值表/ D C B Aa b c d e f g說(shuō)明0X1X X X X1 1 1 1 1 1 1試燈XX0X X X X0 0 0 0 0 0 0熄滅1000 0 0 00 0 0 0 0 0 0滅零1110 0 0 01 1 1 1 1 1 001X10 0 0 10 1 1 0 0 0 011X10 0 1 01

33、1 0 1 1 0 121X10 0 1 11 1 1 1 0 0 131X10 1 0 00 1 1 0 0 1 141X10 1 0 11 0 1 1 0 1 151X10 1 1 00 0 1 1 1 1 161X10 1 1 11 1 1 0 0 0 071X11 0 0 01 1 1 1 1 1 181X11 0 0 1 1 1 1 0 0 1 194.3 八段數(shù)碼管（1）數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如圖所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。如下圖4-

34、4。 圖4-4 數(shù)碼管引腳圖（2）數(shù)碼管工作原理：1、共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。2、共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平

35、時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。5 調(diào)試及分析5.1 軟件調(diào)試通過(guò)觸摸屏軟件調(diào)試，可以直觀的觀察出結(jié)果。利用GT-Simulator2仿真軟件功能將已編寫完成的程序和人機(jī)界面導(dǎo)入到GT-Simulator2中，可以在GT-Simulator2中對(duì)其進(jìn)行操作，可以清楚的看到程序的動(dòng)作過(guò)程，以方便對(duì)程序進(jìn)行檢查。當(dāng)在軟件中調(diào)試正確以后下載到PLC中，進(jìn)行實(shí)物調(diào)試。5.2 硬件調(diào)試（1）調(diào)試步驟 1、按照電氣原理圖進(jìn)行接線，核對(duì)地址，逐點(diǎn)進(jìn)行，確保正確無(wú)誤

36、。 2、檢查模擬量輸入輸出。檢查輸入輸出模塊是否正確，工作是否正常。必要時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)儀器檢查輸入輸出的精度。 3、檢查與測(cè)試指示燈。對(duì)控制面板上對(duì)應(yīng)的指示燈進(jìn)行檢查，如有指示燈不亮，一方面查看指示燈是否已壞，另一方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)好它，將對(duì)進(jìn)一步調(diào)試提供方便。 4、將PLC六路智能搶答器梯形圖程序?qū)懭隤LC，然后從初始步開始調(diào)試。用元件監(jiān)視功能監(jiān)視各輸出點(diǎn)的狀態(tài)變化。注意順序功能圖中有可能出現(xiàn)的路徑，在調(diào)試時(shí)應(yīng)從初始步開始，分別經(jīng)過(guò)可能出現(xiàn)的路徑，一步一步地檢查轉(zhuǎn)換過(guò)程是否正確，最后是否能返回初始步。 5、手動(dòng)按鈕來(lái)實(shí)施模擬現(xiàn)場(chǎng)，觀察運(yùn)行結(jié)果是否與要求

37、相符合。（2）調(diào)試結(jié)果通過(guò)上述的調(diào)試步驟后，得出調(diào)試結(jié)果。參賽選手如要搶答主持人提出的問題，必須在主持人宣布“開始”即按下“搶答開始”按鈕后，一個(gè)8段數(shù)碼管顯示器開始搶答倒計(jì)時(shí)，由參賽選手搶先按下自己桌上的搶答器按鈕（即X1、X2、X3、X4、X5、X6），此時(shí)8段數(shù)碼管顯示器會(huì)顯示最先按下按鈕的組號(hào)，同時(shí)該選手按鈕前燈亮，并鎖住搶答器，使其它組再按也無(wú)效，當(dāng)按下復(fù)位按鈕響應(yīng)后，數(shù)碼管顯示器熄滅，燈熄滅，參賽選手開始回答問題，同時(shí)倒計(jì)時(shí)指示燈點(diǎn)亮。參賽選手必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（定時(shí)間時(shí)間自己設(shè)置）回答問題。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，指示燈熄滅，同時(shí)裁判臺(tái)前燈亮提示時(shí)間到，此時(shí)參數(shù)選手應(yīng)立即停止答題。6 結(jié)論經(jīng)過(guò)這幾個(gè)星期的的努力，在老師和同學(xué)的幫助下做