_毕业设计（论文）-知识竞赛抢答器（四路）PLC设计【全套图纸】

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1、xxx届毕业设计任务书课题名称：知识竞赛抢答器四路 PLC设计专 业 系 XXXXX 班 级 XXXXX 学生姓名 XXX 指导老师 XXX 完成日期 XXXXXXXX 2021届毕业设计任务书一、课题名称：知识竞赛抢答器PLC设计二、指导教师：XXX三、设计内容与要求1.课题概述知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反响时间，思维运转快慢的新型电器。实现抢答器功能的方式有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。随着科技的飞速开展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PL

2、C的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。2.设计内容与要求设计内容与要求本设计采用日本三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC 作为核心控制器进行四路抢答器的设计。设计出系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端的分配方案。同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点，确定PLC 的输入输出分配，并进行现场调试。知识竞赛抢答器的控制要求如下：1知识竞赛抢答器能使4个队同时参加抢答。2设裁判队为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有蜂鸣器和裁判灯，并且设有裁判台开始按钮和裁判台复位按钮；参赛台设有参赛台抢答按钮以及参赛台灯。3知识竞赛抢答器能适合以下比赛规那么：出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始并按

3、下裁判台的开始按钮后15S内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器发出“违规信号。15S时间到，如无队抢答，那么抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，那么抢答器发出“抢答信号，数码管开始计时，并由数码管显示出抢到题的参考队号，抢到题的队必须在30S内答完题，如30S内未答完，那么作超时处理。4灯光与蜂鸣器信号的意义如下： 蜂鸣器叫响1S+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。 蜂鸣器叫响1S+某台灯亮+裁判台灯亮，某参赛队违规。 蜂鸣器叫响1S+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。5在某个题结束后，裁判员按下台上的复位按钮，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。6各输出端口统一

4、采用直流24V电源。毕业设计论文要求：1提出选题的初步设想和研究目的；2收集、整理与毕业设计有关领域的信息资料；3完本钱毕业设计电路原理图设计；4完本钱毕业设计程序流程图和梯形图控制程序设计；5完成软件和硬件系统的调试，功能指标到达技术要求；6按要求撰写毕业设计说明书3.设计课题的特点与目的1通过毕业设计培养学生综合运用所学的根底理论、根底知识、根本技能进行分析和解决实际问题的能力2使学生受到PLC系统开发的综合训练，到达能够进行PLC系统设计和实施的目的3掌握知识竞赛抢答器的工作原理和设计思路四、设计参考书工业可编程控制器的现状与开展趋势 航天技术与民品PLC的编程方法与工程应用 重庆大学出

5、版社 主编 廖常初 机床电气自动控制 重庆大学出版社 主编 陈远龄可编程控制器原理及应用 华南理工大学出版社 主编 钟肇新可编程控制器原理及应用(三菱机型) 电子工业出版社 主编 高勤三菱FX PLC使用手册 三菱公司流行PLC实用程序及设计 西安电子科技大学出版社 主编 贺哲荣可编程控制器使用教程 电子工业出版社 主编 王红现代电气控制及PLC应用技术 航空航天大学出版社 主编 王永华可编程控制器原理与程序设计 电子工业出版社 主编 谢克明 夏路易五、设计说明书要求1封面2目录3内容摘要(200400字左右，中英文)4引言5正文设计方案比拟与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说

6、明及特点6结束语7附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、毕业设计进程安排第1-2周：资料准备与借阅，了解课题思路，设计要求说明及课题内容辅导。第3-8周：进行毕业设计，完成说明书初稿。第9周：检查，了解设计完成情况。第10周：根据检查情况进行修改、优化，完成说明书。毕业辩论与综合成绩评定时间待定。七、毕业设计辩论及论文要求1、 毕业设计辩论要求辩论前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生辩论时对自述局部应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的根本内容和主要方法、成果结论和评价。辩论

7、小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的根本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、 毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注标准，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要本设计介绍运用三菱FX2N系列PLC对知识竞赛抢答器的控制,阐述了控制方案。实现抢答器功能的方式有多种，可以采用早期的

8、模拟电路、数字电路、单片机控制电路或传统控制电路，近年来随着科技的飞速开展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。本设计采用本三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC 作为核心控制器进行四路抢答器系统的设计，并且设计出了系

9、统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配,并进行现场调试。关键词:PLC 知识竞赛抢答器 PLC程序设计ABSTRACTThis design using mitsubishi FX2N series PLC is introduced to knowledge competition vies to answer first device control, this paper expounds the control plan. Realize the function of vies to answer fi

10、rst there are many means, can use the early analog circuits, digital circuit, SCM control circuit or traditional control circuit, in recent years, with the rapid development of science and technology, the application of single chip microcomputer and PLC constantly to the deepening, and push the trad

11、itional control test technology constantly updated. PLC control because of their excellent performance, high reliability, in all walks of life has been used increasingly in popularity. For the which are widely used in television vies to answer first, business, enterprise or business the trade union

12、organization, clubs and schools, and other units organized all kinds of knowledge, technology competition and cultural activities when make vies to answer first with, for the competition added excitant, entertainment, and, to some extent, rich peoples spare life, and to give the visual effect is ver

13、y good, is to develop the quality education units, spiritual civilization, recreational activities for products.The design USES this mitsubishi company produces the FX2N-48 MR type PLC as core controller for the four road vies to answer first the inverter system design, and designed a system structu

14、re, procedures instructions, ladder diagram and the scheme of the input and output terminals. At the same time according to the knowledge competition vies to answer first device control requirements and characteristics, and determine the PLC input and output distribution, and commissioning.Keywords:

15、 PLC knowledge competition vies to answer first device PLC program design目 录第1章 绪论11.1 课题研究背景11.2 课题研究内容1第2章 整体方案的选择32.1 整体功能介绍32.2 可编程控制器概论3第3章 硬件电路设计73.1 控制特点分析73.2 流程图73.3 PLC与七段LED显示器连接设计7集成七段显示译码器CC4511与集成计数器74LS192的介绍93.5 74LS14六反相器123.6 IO分配13第4章 软件设计154.1 PLC梯形图154.2 程序设计要求分析和编程元件选取154.3 语句表

16、194.4 梯形图程序分析22第5章 模拟运行和调试过程295.1 模拟调试295.2 现场调试30心得体会32参考文献33第1章 绪论1.1 课题研究背景目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且本钱偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反响灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得

17、到广泛的应用。而对于科技飞速开展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。传统的普通抢答器主要存在一下缺点：1. 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。2. 当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。3. 当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“

18、抓住其中一个违规者。因而出现了“漏洞。现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。该设计不但有抢答功能，而且还有一个计分系统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减。带计分功能的智能抢答器将会取代一般的智能抢答器，更好的效劳于社会。1.2 课题研究内容系统设计主要包括硬件和软件两大局部，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计局部包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以到达设计要求。软件设计局部，首先在总体设计中完成系统总框图和各

19、模块的功能设计，拟定详细的工作方案；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择适宜的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，到达所需功能要求。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终到达设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用三菱F

20、X可控制编程。此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。并且PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。第2章 整体方案的选择2.1 整体功能介绍知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反响时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断开展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的

21、抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。2.2 可编程控制器概论可编程控制器PLC是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控

22、制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器Programmable Controller，简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑Personal Computer，为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。国际电工委员会IEC于1987年对PLC定义如下。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

23、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那么设计。事实上，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入，输出等模块，可以方便的用于工业控制领域的装置。PLC与机器人，计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。2. PLC的特点(1)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

24、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。 而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大局部继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁波干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸收了生产控制经验，主要模块均采用了大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、抗震等都有精确的考虑；在硬

25、件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰能力，目前个生产厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至到达了几十万小时。(2)控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可有各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而有繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线量很小。同一个PLC装置有、用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件不同

26、而已。(3)编程方便，易于使用 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢送。(4)功能完善，扩展能力强 PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个

27、机群，许多生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。(5)PLC控制系统设计、安装、调试方便 PLC中相当于继电器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件数量巨大，硬件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量输入、输出点、内存大小等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线量大大减小，设计人员只要一台PLC就可进行控制系统的设计可在实验室进行模拟调试。而继电接触器系统需要在现场调试，工作量很大且繁难。PLC控制系统的工作状态状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。(6)结构紧凑

28、 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。由于以上特点，使得PLC获得极为广泛的应用。图2-1 PLC的结构图3.可编程序控制器的组成可编程控制器的硬件结构都大体相同。主要由中央处理器CPU存储器RAMROM、输入输出器件(IO)接口、电源及编程设备几大局部构成。如图2-1所示。 (1)中央处理器(CPU)：中央处理单元CPU一般由控制器、运算器和存放器组成，这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能：从存储器中读取指令、执行指令、顺序取指令和处理中断。(2)存储器：存储器分为只读存储器ROM和随机存储器RAM两大类，(3)输入接口电路：开关量输入接口可以分为：直流输入单元、交流输入单元、交直

29、流输入单元其作用是：把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号模拟量输入接口可以分为：电压信号、电流信号。其作用是：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的由假设干位二进制数字表示的信号(4)输出接口电路：开关量输出接口可以分为：继电器型、 晶体管型 、可控硅型。其作用是：把PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。模拟量输出接口的作用是：将PLC运算处理后的数字量信号转换为模拟量输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。(5)电源：可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。(6)外部设备编程

30、器：可编程控制器的特点是程序可变更，可方便地加载程序，也可以方便地修改程序。编程设备就成了可编程控制器不可缺少的设备。可编程控制器设备的编程设备一般有二类。一类是专用的编程器，有手持的，也有台式的，也有的可编程控制器机身上自带编程器。其手持式编程器携带方便适合工业现场应用。另一类是个人计算机,在个人计算机上运行相关编程软件即可完成编程任务。借助软件编程比拟容易，一般编好以后再下载到可编程控制器中去。其他外部设备:PLC还可以配设盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、高分辨率大屏幕彩色图形监控系统等其他一些外部设备。第3章 硬件电路设计3.1 控制特点分析知识竞赛抢答器通过PLC进行按控制要求编

31、程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心PLC，PLC将根据信号作出相应的响应。知识竞赛抢答器有六个输入信号即六个按钮，十七个输出信号即五个台灯5个、一个蜂鸣器1个、三个数码管11个。系统控制结构框图如下列图3-1所示：3-1系统控制结构框图3.2 流程图当裁判按下开始按钮时，四个参赛对处于抢答状态，假设是一号参赛队先抢到题目，PLC先判断抢答是否成功，假设成功，那么进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，假设在规定时间内，那么答题结束；假设超时，那么提示裁判；如果抢答没有成功，那么判断是否抢答犯规，假设法规，某法规台灯亮，裁判台灯亮出指令。如图3-2所示。

32、3.3 PLC与七段LED显示器连接设计1LED数码管的结构LED 数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。将条状发光二极管按照共阴极负极或共阳极正极的方法连接，组成“ 8字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了LED 数码管。假设按规定使某些笔段上的发3-2流程图光二极管发光，就能显示从09 的一系列数字。常见LED 数码管的外形及内部结构如图3-3所示：分别为共阳极结构与共阴极结构，ag 是7 个笔段电极，DP 为小数点。(2)LED数码管的主要特性工作电压1.55V，一般为1.52.5V，工作电流510mA，高亮度管可在低电压和小电流1mA左右条件下工作。单色性好，亮度高、高

33、频特性优良，发光响应时间非常短，通常小于0.1us，工作温度范围为-30+80，使用寿命可达5M小时以上。LED数码管每笔画工作电流I在510mA之间，假设电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻。图3-3 常见LED数码管的外形及内部结构2. PLC与七段数码管直接连接阻值计算根据LED数码管每笔画工作电流I在510mA 之间，假设电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其阻可按下式计算R=V0-V1/I其中V0为加在LED两端上的电压，V1为LED数码管每笔划压降约为2V。3.4 集成七段显示译码器CC4511与集成计数器74LS192的介绍在四路抢答器硬件接线中，为了使数码管显示出我们

34、想要的东西，参加这两个芯片，可实现计数和计时的功能。 CC4511为COMS集成七段显示译码器，具有锁存、译码、驱动功能。其引脚名称如图3-4所示，为灯测试端，为灯熄灭端，LE为锁存使能端。当=0底电平有效时，所有字段发光，实现灯测试功能；当=0，=0低电平有效时，所有字段熄灭，实现消隐功能；当和均为高电平时，CC4511实现BCD译码显示功能，此时，锁存使能端LE信号决定译码器显示内容；当LE=0时，显示该时刻输入的BCD码相对应的字符，但只能显示字符“0“9；当LE=1时，显示LE上跳时锁存入CC4511内锁存器的BCD码字符。利用CC4511的锁存功能，多个七段译码器可以实现数据线共享，

35、能直接驱动数码管发光。图3-4CC4511引脚图表3.1 CC4511的真值表输入输出显示LE D C B Aa b c d e f g0 1 10 0 0 01 1 1 1 1 1 000 1 10 0 0 10 1 1 0 0 0 010 1 10 0 1 01 1 0 1 1 0 120 1 10 0 1 11 1 1 1 0 0 130 1 10 1 0 00 1 1 0 0 1 140 1 10 1 0 11 0 1 1 0 1 150 1 10 1 1 00 0 1 1 1 1 160 1 10 1 1 11 1 1 0 0 0 070 1 11 0 0 01 1 1 1 1 1

36、180 1 11 0 0 11 1 1 0 0 1 19 0 1 1 1 1 1 1 18 0 1 0 0 0 0 0 0 0无1 1 1 其它输出见LE2. 集成计数器74LS19274LS是同步可拟计数器，具有双时钟输入，病具有去除和置数等功能。其引脚图如图3-5所示。 图3-5 74LS192引脚图表3.2 74LS192真值表输入输出MRPLCPUCPDP3P2P1P0Q1Q2Q3Q41000000dcbadcba011加计数011减计数其中D0-D3:并行数据输入端Q0-Q3：数据输出端；CPU：加法计数脉冲输入端；CPD：减法计数脉冲输入端；RD：异步置0端高电平有效；LD：置数控

37、制端低电平有效；C：加法计数时，进位输出端低电平有效；B：减法计数时，借位输出端低电平有效其中输入输出表如表3.2所示，时序图如图3-6所示。图3-6 74LS192时序图分析用两个74LS192可以实现100进制计数器如图3-7所示，计数开始时，先在MR端输入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为0状态。此后在PL端输入“1，MR端输入“0，那么计数器处于计数状态。在个位的74LS192(1)的端逐个输入计数脉冲CP，个位的74LS192开始进行加法计数。在第10个脉冲上升沿到来后，个位74LS192的状态从10010000，同时其进位输出TCD从01。此上升沿使十位的74LS1922从0000

38、开始计数，直到第100个CP脉冲作用后，计数器1001 1001恢复为0000 0000，完成第一次计数循环。图3-7 100进制计数器3.5 74LS14六反相器在外部接线中还要用到一些逻辑非门器件，在这里选取了三个74LS14六反相器，在外部接线中为了接线方便没有作为整体画出来，而是用非门逻辑符号代替，反相器就是将信号进行处理使其输出相反的信号，比方输入是低电平，那么输出就是高电平。其工作电源额定电压为5V，输入电流高电平时最大值为0.4mA，低电平时最大值为8mA。74LS14六反相器有六对相互独立的输入端口和输出端口，其引脚图如图3-8所示。图3-8 74LS14引脚图A端为输入端，Y

39、端为输出端，一片芯片一共6路。即1、3、5、9、11、13为输入端2、4、6、8、10、12为输出端，输出与输入结果反向。3.6 IO分配为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB5作为四个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、SB4设置按钮。SB0为比赛复位按钮，使下轮比赛开始。同理用Y0、Y1、Y2、Y3输出信号驱动对应的信号灯EL1、EL2、EL3、EL4，四队对号数码管显示输出为Y4、Y5、Y6，置数开关Y7，置数Y10、Y11、Y12，清零Y13，显示消隐Y14、Y15, 触发脉冲Y16、裁判台灯Y17、蜂鸣器Y20如表3.3所示。同时用到时间继电器T0、T1、T2、T3、T

40、5，辅助继电器M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M10、M11、M12、M13、M14。具体如图3-9所示。表3.3 知识竞赛抢答器输入输出口分配表输入信号输出信号名称输入点标号名称输出点标号1号赛台抢答器按钮 SB1X11号参赛台灯Y02号赛台抢答器按钮 SB2X22号参赛台灯Y13号赛台抢答器按钮 SB3X33号参赛台灯Y24号赛台抢答器按钮 SB4X44号参赛台灯Y3裁判台复位按钮 SB0X0一队对号数码显示Y4裁判台开始按钮 SB5X5二队对号数码显示Y5三队对号数码显示Y4、Y5四队对号数码显示Y6时钟预设置开关Y7时钟预设置15秒Y10、Y11时钟预设置30秒Y

41、11、Y12时钟数码管显示清零Y13时钟和队号消隐Y14、Y15触发脉冲Y16裁判灯Y17蜂鸣器Y203-9外部硬件接线图第4章 软件设计4.1 PLC梯形图PLC梯形图使用应符合以下规那么：(1)每个梯形图是由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级，每个梯级可由多条支路组成，每个梯级代表一个逻辑方程。2梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器和输入触点均为存储器中的一位，相应位为“态表示继电器得电或常开触点闭合或常闭触点断开。3梯形图中流过的电流不是物理电流，而是“概念电流，是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示,“概念电流只能从左向右流动。4梯形图中的继电器触点可在编制用户程序时无限次

42、地引用，既可常开又可常闭。5梯形图中输入触点和输出线圈不是物理触点和线圈，用户程序的解算是PLC的输入和输出状态表的内容，而不是根据解算时现场的开关状态。6输出线圈只对应输出状态表的相应位，不能用该编程元素直接驱动现场执行元件，该位的状态必须通过I/O模块上对应的输出晶体管开关、继电器或晶闸管等，才能驱动现场执行元件。7在输出线圈右侧不能再连触点，触点必须在输出线圈的左侧。8两个或两个以上线圈可以并联，但不能串联。9梯形图左端母线不能和输出线圈直接相连，必须通过继电器触点相。10程序结尾要有END指令。4.2 程序设计要求分析和编程元件选取1.当裁判按下开始开关SB5时，时钟数码管显示15S倒

43、计时，15S内各队可以抢答，当有一队抢答成功时，蜂鸣器响，其他队不能抢答，这时显示所抢答到队的队号，时钟数码管显示30S倒计时。2.裁判按下SB5,超过15S还没有队抢答，这时蜂鸣器响，裁判灯亮，这时队员不能抢答。3.当有一个队抢答成功后，答题超过30S时，这时蜂鸣器响，裁判灯亮。4.当有队在裁判还没有按SB5就开始抢答，这时属于违规操作，蜂鸣器响，队灯亮，裁判灯亮。因此，肯定会用到PLC输入继电器X、输出继电器Y。同时为了编程方便和实现功能，需用到辅助继电器M。对于时间要求要用到非积算式定时器T，对于电路复位，如果用传统的串常闭点的话，会很麻烦增加程序的复杂程度，所以决定用主控指令MC、MC

44、R复位电路。此外还有为了方便蜂鸣器的控制用到了脉冲输出指令PLS，如图4-1所示。图4-1四路抢答器的梯形图1图4-1四路抢答器的梯形图2图4-1四路抢答器的梯形图3图4-1四路抢答器的梯形图44.3 语句表0 LD X02 LDI M101 OUT M103 MC N0 SP M06 LD X533 OR Y37 O M134 OUT Y38 OUT M135 AND M19 ANI M36 OUT M1410 OUT T0 SP K15037 LD M1213 LD X138 OR M1314 ANI M239 OUT Y415 OR Y040 LD M1216 OUT Y041 OR M

45、1317 AND M142 OUT Y518 OUT M1143 LD M1419 LD X2 44 OUT Y620 ANI M2 45 LD X121 OR Y1 46 OR X222 OUT Y1 47 OR X323 AND M148 OR X424 OUT M1249 OR M225 LD X350 OUT M2 26 ANI M2 51 OUT T1 SP K30027 OR Y254 LD M128 OUT Y255 ANI M329 AND M156 LD M129 AND M157 AND M2 30 OUT M1358 ORB 31 LD X459 ANI M432 ANI

46、 M260 OUT Y761 OUT T2 SP K588 OUT Y1364 LD T289 LD M165 OR M390 OUT Y1466 OUT M391 AND M267 LD T292 OUT Y1568 AND M293 LD M169 OR M494 ANI M270 OUT M495 OR M771 LD M196 ANI Y1372 AND Y797 ANI T373 ANI M2 98 OUT T374 OUT M5 99 SP K1075 LD M2 101 LD T376 AND Y7102 OR Y1677 OUT M6103 ANI T478 LD M5104

47、OUT Y1679 OUT Y10105 OUT T4 SP K580 LD M5108 LD M181 OR M6109 AMI M282 OUT Y11110 OUT M783 LD M6111 LD M284 OUT Y12112 ANI M185 LD T0113 OR Y1385 LD T0114 OR Y1786 OR T1115 OUT Y1787 85 LD T0 OR Y13116 LD M2117 OR Y13122 ANI T5118 PLS M8123 OUT Y20120 LD M8124 OUT T5 SP K10121 OR Y20127 MCR N04.4 梯形

48、图程序分析如图4-2所示图4-2正常抢答时M10的常闭触点使得执行N0号主控指令。抢答结束后，当裁判按下SB0时，X0得电，M10得电使其常开触点断开，这样就不执行MC与MCR之间的程序，元件复位。如图4-3所示图4-3裁判按下开始按钮SB5时，X5得电，接通M1自锁，同时T0得电开始计时，当有队员抢答后M2会得电，其常闭触点就断开了T0。一号队抢答时，队员按下SB1使得X1得电，接通Y0自锁，这时一号队指示灯亮，同时如果是正常的没有违规情况下抢答，再通过M1触点接通M11，M11是用来显示队号在下面程序中会讲到，如果队员是违规操作，即裁判没有开始就抢答，这时M1没有闭合，M11不得电。M2的

49、常闭触点使得各队之间有互锁关系，因为在下面的程序讲到有一个队抢答后M2都会得电，M2的常闭触点断开，这时别的队就不能抢答。其他队，和一队是一样的如图4-4所示。图4-4一号队抢答时，队员按下SB1使得X1得电，接通Y0自锁，这时一号队指示灯亮，同时如果是正常的没有违规情况下抢答，再通过M1触点接通M11，M11是用来显示队号在下面程序中会讲到，如果队员是违规操作，即裁判没有开始就抢答，这时M1没有闭合，M11不得电。M2的常闭触点使得各队之间有互锁关系，因为在下面的程序讲到有一个队抢答后M2都会得电，M2的常闭触点断开，这时别的队就不能抢答。其他队，和一队是一样的。如图4-5所示图4-5由上面

50、的内容知道一号队抢答M11得电，二号队抢答M12得电，三号队抢答M13得电，四号队抢答M14得电。M11得电接通Y4，M12得电接通Y5，M13得电接通Y4和Y5，M14得电接通Y6。如图4-6所示图4-6有一个抢答时，就接通了M2并且自锁，同时接通了T1开始计时。在这里看起来违规抢答时也会接通T1计时，但在后面的程序中可知并不会显示出来。如果有人答题超时了，T0还在得电但在下面的程序中讲到时钟已经清零了。如图4-7所示图4-7在这里我们首先要知道置数是当抢答或答题开始后，给时钟设定一个数，然后每隔1秒开始倒计时。当M1得电，通过M3和M4的常闭触点接通Y7和T2，0.5S后T2接通M3，M3

51、得电后，Y7被断开。在这时M2得电，通过M4常闭触点又接通Y7和T2，0.5S后，T2使得M4得电，M4得电后又断开Y7。在这里设置T2是为了保证置数有效。7. 置数抢答开始M1和Y7得电，通过M2常闭触点，接通M5，M5得电后，接通了Y10和Y11，这时置数15。有队员抢答时，M2和Y7得电，接通M6，M6得电后接通了Y11和Y12，这时置数30。如图4-8所示图4-8图4-9当抢答和答题超时后，T0和T1的常开触点闭合，接通了Y13自锁，这时时钟被清零。如图4-9所示M1得电后，Y14得电，在这时显示倒计时间，如果M2再得电，就接通了Y15，这时显示队号。当Y14和Y15没有得电时，数码管

52、是不显示任何东西的。如图4-10所示图4-10图4-11抢答开始，M1得电，通过M2、Y13、T3的常闭触点接通T3，1S后T3通过T4的常闭触点接通了Y16和T4，0.5S后T4又断开了Y16和自己。从这里可以看出M1得电后1S，Y16才得电，Y16得电0.5S后又断开。由于T3是一直得电的，所以每隔1S，T3接通一次Y16，这样就通过Y16的闭合断开，产生了一个矩形波脉冲。如果有队员抢答，M2得电，会通过M2的常闭触点断开T3，同时又接通M7，M7得电后，在下一个扫描周期又接通T3，重新产生脉冲。这样可以保证脉冲的同步可靠。如图4-11所示11.裁判台灯图4-12当有队员在裁判没有开始就抢

53、答，也就是M1还没有得电，M2就已经得电，这时就会接通Y17。当答题或抢答超时时，由前面所讲的可知Y13会得电，Y13得电会接通Y17。在这里对于超时的只需要用Y13而不用T0和T1，因为有一种超时后不可能再有超时的情况，所以只需要用Y13就可以了。如图4-12所示图4-13当有人抢答或违规抢答时，M2得电，通过脉冲输出指令PLS接通一次M8，M8得电通过T5的常闭触点接通Y20和T5，T5在1S后断开Y20，Y20得电时蜂鸣器响。当抢答或答题超时时，Y13得电，再通过脉冲输出指令PLS接通一次M8，同理蜂鸣器响1S后停止。程序最后是主控复位指令MCR如图4-13所示。通过上面的分析可知，梯形

54、图程序可以实现所要求的功能。第5章 模拟运行和调试过程5.1 模拟调试首先用电脑将设计出的系统梯形图输入到PLC中，用按钮开关控制输入信号，从SB0到SB5分别控制X0到X5，将PLC连接电源，按外部接线图接好PLC输入局部的电路，输出局部，根据对应PLC指示灯就可以判断出所处的状态，所以PLC的输出局部的电路就不用接了。1当按下按钮开关SB5时，Y7、Y10、Y11、Y14、Y16得电指示灯亮，其它输出失电。其中Y7、Y10、Y11指示灯亮一下又灭，即得电一次又失电，得电时间大约是0.5s；Y14指示灯常亮，即Y14一直得电；Y16指示灯呈现闪烁状态，即在按钮按下后1s得电，然后0.5s后失

55、电，0.5s后又得电，以此类推。2在SB5按下后时间超过15s，没有其它操作的情况下，Y13、Y14、Y17、Y20得电，其它输出失电。其中Y13、Y14、Y17指示灯常亮，一直得电；Y20指示灯亮1s后熄灭，即Y20得电1s。3在SB5按下后的15s内，按下SB1到SB4的任意一个，或者是几个。在这种情况下，如果SB1到SB4这四个按钮中，最先按下了SB1，那么Y0、Y4、Y7、Y11、Y12、Y14、Y15、Y16、Y20得电，其它输出失电，其中Y0、Y4、Y14、Y15指示灯常亮，一直得电；Y7、Y11、Y12指示灯亮0.5s，即得电0.5s；Y16指示灯呈现闪烁状态，即在按钮按下后1s

56、得电，然后0.5s后失电，0.5s后又得电，以此类推；Y20指示灯亮1s，即得电1s。如果最先按下SB2，那么Y1、Y5、Y7、Y11、Y12、Y14、Y15、Y16、Y20得电，其它输出失电，其中Y1、Y5、Y14、Y15指示灯常亮，一直得电。其它得电的输出气指示灯状态和按下SB1时是一样的。如果最先按下SB3，那么Y2、Y4、Y5、Y7、Y11、Y12、Y14、Y15、Y16、Y20得电，其它输出失电，其中Y2、Y4、Y5、Y14、Y15指示灯常亮，一直得电。其它得电的输出气指示灯状态和按下SB1时是一样的。如果最先按下SB4，那么Y3、Y6、Y7、Y11、Y12、Y14、Y15、Y16、

57、Y20得电，其它输出失电，其中Y3、Y6、Y14、Y15指示灯常亮，一直得电。其它得电的输出气指示灯状态和按下SB1时是一样的。4如果先按下SB5，再按下SB1到SB4的任意一个，比方按下了SB1，时间超过了30s，那么Y0、Y4、Y13、Y14、Y15、Y17、Y20得电。其中Y0、Y4、Y13、Y14、Y15、Y17指示灯常亮；Y20亮1s。如按下的不是SB1而是其它按钮，Y13、Y14、Y15、Y17、Y20也是得电的，并且状态一样，不同的是按下SB2，还有Y1、Y5得电；按下SB3还有Y2、Y4、Y5得电；按下SB4还有Y3、Y6得电。5如果在SB5没有按下的情况下，按下了SB1到SB4中的一个，如果按下了SB1，那么Y0、Y17、Y20指示灯亮，其中Y0、Y17常亮，Y20亮1s；如果按下了SB2，那么Y1、Y17、Y20指示灯亮，其中Y1、Y17常亮，Y20亮1s；如果按下了SB3，那么Y2、Y17、Y20指示灯亮，其中Y2、Y17常亮，Y20亮1s；如果按下了SB4，那么Y3、Y17、Y20指示灯亮，其中Y3、Y17常亮，Y20亮1s。6按下SB0时，不管PLC处于什么状态，所有输出指示灯都灭，即所有的输出继电器都失电。根据梯形图和课题要求进行程序调试后