畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的多路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 湖州師范學院求真學院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）2010 屆題 目基于plc的多路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 電子信息科學與技術(shù) 學生姓名 學 號 指導教師 論文字數(shù) 14599 完成日期 2010年5月5日 湖州師范學院求真學院教務(wù)部印制湖州師范學院本科畢業(yè)論文基于plc的多路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：本次設(shè)計利用三菱fx2n系列plc作為核心部件，完成一個八路搶答器控制系統(tǒng)的制作。該系統(tǒng)可供八個或八組分臺選手同時搶答，總臺掌握著啟動/停止開關(guān)、搶答開始按鈕、搶答復位按鈕、主持人安靜提示按鈕和手動設(shè)置個分臺計分按鈕等，分臺則具有一個搶答按鈕。該系統(tǒng)由七段數(shù)碼管顯示倒計時、分臺號、選手計分和當前

2、時間、溫度情況，并作為被控設(shè)備由plc驅(qū)動。因為系統(tǒng)中有很多七段數(shù)碼管，所以我運用了動態(tài)掃描的方法來減少端口數(shù)。有一個蜂鳴器提示搶答開始、搶答復位、回答超時、搶答違規(guī)、無人搶答和安靜提示。有17個發(fā)光二極管，總臺一個用來顯示無人搶答和回答超時，每分臺兩個用來顯示搶答成功和搶答違規(guī)。本次設(shè)計中，硬件電路設(shè)計使用autocad軟件；使用gx developer軟件編寫程序；利用gx simulator仿真軟件對八路搶答器進行各部分模塊仿真，觀察結(jié)果。關(guān)鍵詞： 八路搶答器，系統(tǒng)，動態(tài)掃描湖州師范學院本科畢業(yè)論文plc-based multi-responder control system desi

3、gn abstract：the design of the use of mitsubishi fx2n series plc as a core component of this design to complete an eight-way control system for the production. the system components for eight or eight players in each group to answer at the same time total station holds the start/stop switch, to answe

4、r in the start button, reset button to answer in the host prompts quiet buttons and manually set the scoring button sub-station and so on. sub-station will have an answer in the button. the system consists of seven-segment led display countdown, sub-station number, player points and the current time

5、, temperature conditions, and as charged by the plc-driven device. because the system has a lot of seven-segment digital tube, so i used the dynamic scanning method to reduce the number of ports. there is a buzzer prompt to answer in the beginning, to answer in reset, the answer overtime, to answer

6、in non-compliance, no one answer in his place and quiet tips. there are 17 light-emitting diodes. with a total station 1 is used to display and answer no one to answer in overtime, each sub-units used to display the answer in his two successful and to answer in non-compliance. the design, the hardwa

7、re circuit design using autocad software; use gx developer software programming; the use of simulation software gx simulator octal responder simulation of various parts of the module, observe the results.key words：octal responder, system, dynamic scan目 錄前言1第一章 緒論21.1課題研究的目的和意義21.2 plc及搶答器的發(fā)展概況21.3課題

8、的主要內(nèi)容2第二章 多路搶答器的實現(xiàn)工具42.1 plc的功能特點42.2 plc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)42.3 plc的編程語言42.4 本章小結(jié)5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 plc硬件的選擇63.2硬件總體結(jié)構(gòu)框圖及分析73.3 基于plc的搶答器i/o總接線圖及分析93.3.1 基于plc的搶答器編程元件地址分配表93.3.2 plc輸入/輸出總接線圖93.4搶答硬件部分的設(shè)計及分析113.5搶答計分硬件部分的設(shè)計及分析113.6搶答倒計時硬件部分的設(shè)計及分析123.7蜂鳴器功能硬件部分的設(shè)計及分析133.8時間顯示硬件部分的設(shè)計及分析143.9溫度顯示硬件部分的設(shè)計及分析143.10本章小結(jié)

9、15第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計164.1.搶答主程序設(shè)計流程圖及其程序164.2搶答計分程序設(shè)計流程圖及其程序184.3搶答倒計時程序設(shè)計的流程圖及其程序224.4蜂鳴器程序設(shè)計的流程圖及其程序254.5時間顯示程序設(shè)計的流程圖及其程序分析264.6溫度顯示程序設(shè)計及分析284.6.1 fx2n-4ad-pt溫度傳感器輸入模塊概述284.6.2溫度顯示程序設(shè)計的流程圖及其程序294.7本章小結(jié)31第五章 軟件調(diào)試325.1 系統(tǒng)軟件仿真325.1.1 plc仿真軟件gx simulator325.1.2 仿真結(jié)果33參 考 文 獻35致 謝36附 錄37湖州師范學院求真學院本科畢業(yè)論文前言搶答器作為

10、一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽等場合，但目前所使用的搶答器有的電路比較復雜不便于制作，可靠性低，實現(xiàn)起來很困難。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)向小型化、快速化、大容量，重量輕的方向發(fā)展。而plc具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，且以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是將計算機技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的新產(chǎn)品。目前市場上已有很多類型的競賽搶答器，但其中絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路的產(chǎn)品。這些搶答器已相當成熟，但是隨著功能增多，電路也越復雜，

11、并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及功能的升級換代。隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交易及各種智力競賽等。 由于plc具有的優(yōu)點及特點，使得我們編程靈活，系統(tǒng)安裝和維修簡單,且在搶答器的制作時能夠更加方便和精準，使競賽真正達到公平、公正、公開。同時，隨著時代的不斷發(fā)展進步，搶答器不斷的在知識性、娛樂性和趣味性的比賽中出現(xiàn)，豐富了人們的生活文化和娛樂活動。本次設(shè)計我選用了最具特色和極有代表性的三菱fx2n系列plc對八路搶答器進行編程設(shè)計和實物控制。在設(shè)計中使用autocad軟件完成整

12、體框架和各部分硬件設(shè)計；然后，使用gx developer軟件進行各部分程序編程，理清楚設(shè)計思路，利用gx simulator仿真軟件對八路搶答器進行各部分模塊仿真。55湖州師范學院求真學院本科畢業(yè)論文 第一章 緒論1.1課題研究的目的和意義搶答器已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在我們的學習生活和電視節(jié)目當中，例如在學校里經(jīng)常會舉辦各種各樣的智力競賽，就會用到搶答器。搶答器是能夠在任何比賽及競爭性的游戲中體現(xiàn)公平、公正的電子裝備。在各項比賽中不僅可以準確、公正和直接地判斷出第一個搶答者是誰，還有助于鍛煉參賽者的掌握知識能力、思維反應(yīng)能力、語言表述能力、心理承受能力。但如果在比賽過程中，做不到嚴格意義上的公正

13、，會挫傷選手的積極性，達不到比賽的真正目的。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，通過人為判斷搶答順序這種古老的方法早已被現(xiàn)先進的電子產(chǎn)品所取代?，F(xiàn)在的電子搶答器雖然制作方法不同，但基本設(shè)計實現(xiàn)的功能都大同小異，無外乎需要設(shè)計一個競賽搶答器，要求具有任意路搶答輸入，能夠識別最先搶答的信號，顯示該分臺號；對回答問題所用的時間進行計時、顯示、超時報警；可以預置回答問題的時間；同時具有復位功能，倒計時啟動功能等等的主要實現(xiàn)功能。1.2 plc及搶答器的發(fā)展概況 經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，plc的功能越來越強大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛,其足跡已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,形成了能夠滿足各種將需要的plc應(yīng)用系統(tǒng)。隨著市場需求

14、的不斷提高，plc的發(fā)展體現(xiàn)出以下趨勢。11.向小型化、微型化和大型化、多功能兩個方向發(fā)展；2.過程控制功能不斷增強；3.大力開發(fā)智能型i/o模塊；4.與個人計算機日益緊密結(jié)合；5.編程語言趨向標準化；6.通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強。1近年來隨著科技的飛速發(fā)展，plc的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)不斷更新。plc是采用大規(guī)模集成電路、微型計算機技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的plc系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領(lǐng)域，它最適用于以開關(guān)為主的控制功能。通過模擬/數(shù)字（a/d）轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/模擬（d/a）轉(zhuǎn)

15、換器，也可以控制模擬量，例如控制溫度、壓力、流量、成分等參數(shù)。16基于plc的多路搶答器控制系統(tǒng)，可以根據(jù)plc修改程序方便這一特點，隨意調(diào)整設(shè)置的時間或者控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。如果對外部電路稍加修改，或者在系統(tǒng)程序中加入分支，可以把八路搶答器變?yōu)楦嗦返膿尨鹌?，比如十位、十六位或者二十位等。如果將手動按鈕變?yōu)橛|摸屏，可以使搶答器更為簡單方便。如果去除系統(tǒng)中的限時功能，還可以把搶答器改為呼叫器，能夠在醫(yī)院病房、賓館客房、寫字樓辦公室、工廠生產(chǎn)車間等多種地方使用。1.3課題的主要內(nèi)容1. 搶答器同時提供8名選手進行比賽，每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。 2. 總臺設(shè)置啟動/停止開關(guān)、開啟時間開關(guān)

16、、開啟溫度開關(guān)、開始搶答按鈕、搶答復位按鈕、安靜提示鈕、手動設(shè)置各分臺計分鈕，這些都由主持人控制。 3. 當主持人撥開時間開關(guān)或者溫度開關(guān)時，總臺上就會顯示當前的時間或溫度。4. 具有定時搶答功能，且搶答的時間設(shè)定為5秒。當主持人啟動開始搶答按鈕后，定時器進行減計，同時蜂鳴器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間2秒左右。 5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答成功，該組的搶答成功燈亮，同時定時器立即重新開始計數(shù)（設(shè)定時間為10秒）。6.主持人按下開始搶答按鈕前，各分臺搶答按鈕應(yīng)處于搶答違規(guī)狀態(tài)，此時如按搶答按鈕，會出現(xiàn)蜂鳴器報警（2秒），該組的搶答違規(guī)燈亮的情況。7 如果定時時間已到，無人搶答，

17、本次搶答無效，蜂鳴器響（2秒）同時無人搶答/回答超時燈亮，并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。 8.如果選手搶答成功，卻沒有在規(guī)定的時間內(nèi)回答出問題，則蜂鳴器響（2秒）同時無人搶答/回答超時燈亮，定時顯示器上顯示00。9.選手在規(guī)定的時間內(nèi)回答出了問題，主持人則根據(jù)選手回答是否正確和題目的難易度給出加/減分（1分或5分）。10.當主持人按下復位鍵時，各分臺搶答燈（搶答成功和違規(guī)燈）均滅，總臺上的無人搶答/回答超時燈滅,同時蜂鳴器響（2秒）。11.當比賽中周圍的聲音過大，影響選手回答時，主持人可按下安靜提示鈕，蜂鳴器響（2秒），以此來提醒全場。第二章 多路搶答器的實現(xiàn)工具2.1 plc的功能特點1

18、作為一種新型的工業(yè)自動控制裝置，plc有以下一些特點：1.高可靠性和強抗干擾能力；2.豐富的i/o接口模塊；3.靈活性好；4.編程簡單易學；5.系統(tǒng)安裝簡單，維修方便。2.2 plc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1可編程控制器是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，它按照用戶程序存儲器中預先編制的控制程序，通過輸入接口采入現(xiàn)場信息，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，進而通過輸出接口控制各種執(zhí)行機構(gòu)運作。作為一種以微處理器為核心的用作數(shù)字控制的特殊計算機，它的硬件配置與一般微機裝置類似，主要由中央處理單元（cpu模塊）、信號輸入/輸出模塊、電源和編程器等部分組成，如圖2-1所示。圖2-1 plc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.3 pl

19、c的編程語言1 plc是專為工業(yè)自動控制而開發(fā)的裝置，主要使用對象是廣大工程技術(shù)人員及操作維護人員。為了滿足他們的傳統(tǒng)和掌握能力，plc通常不直接采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。 為電子技術(shù)所有領(lǐng)域制訂全球性標準的世界性組織iec（國際電工委員會）于1994年5月公布了可編程控制器標準（iec1131），該標準鼓勵不同種類的plc制造商提供在外觀和操作上相似的指令。 iec1131-3標準中定義了5種plc編程語言的表達方式：（1） 梯形圖lad(ladder diagram)；（2） 語句表stl(statement list)；（3） 功能塊圖fbd

20、(function block diagram)；（4） 結(jié)構(gòu)文本st(structured text)；（5） 順序功能圖sfc(sequential function chart)。2.4 本章小結(jié) 本章介紹了plc的功能特點、系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及編程的語言。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 plc硬件的選擇一、為什么選擇plc？ 在這次的畢業(yè)設(shè)計中我為什么沒有選擇單片機或是其他的硬件是因為plc的設(shè)計周期比較短；用plc設(shè)計的硬件和軟件系統(tǒng)，功能強大、可靠性好；編程方法簡單易學，即使是不熟悉電腦的工程師也可以用它開發(fā)復雜的控制系統(tǒng)；抗干擾能力強，適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場合；有豐富的擴展模塊和聯(lián)網(wǎng)

21、能力，可以做成大型復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)等這些優(yōu)點。 同樣的plc也具有價格昂貴、體積大等缺點，但在設(shè)計中老師為我們提供了plc的硬件裝置。 所以，綜合實際考慮，我選擇了plc。二、選擇fx2n的理由。我選擇了三菱fx2n系列是因為我所使用的教材和實驗室里的器件大部分為fx2n系列，還有就是其具有幾個主要的特點讓我選擇了它。1.超小型可編程序控制器16與fx2系列相比，面積、容積小50%。2.高速到容量16（1）超高速程式處理:0.08us/基本指令（2）大容量存儲器，內(nèi)附8k步ram（run過程中可更改程序）最大可達16k(包括注釋)。（3）可選擇性：可使用ram（8k）、eprom（8k）、e

22、2prom（4k、8k、16k）或帶實時時針的存儲器卡盒。3.多種功能164.豐富的軟件165.內(nèi)附高速計數(shù)器（單相計數(shù)器、二相計數(shù)器）166.新增多種編程指令167.功能擴展16 fx2n選擇不同種類通信或電位器模塊。8.擴展塊兼容16 fx2n可選用fx2n及fx0n的擴展模塊及特殊擴展模塊。 9.利用特殊功能擴展系統(tǒng)（模擬控制、定位控制、高速計數(shù)、數(shù)字通信）16三、點數(shù)的選擇。由i/o接線圖（如圖3-2 所示）和計算公式：輸入總端口數(shù)（xn）+輸出總端口數(shù)（yn）+8（溫度模塊要占用8個端口數(shù)）=plc應(yīng)該用的總點數(shù)可以算出我所使用的plc裝置該用的點數(shù), ,我選擇的是fx2n-128m

23、t。由于實驗室只有fx2n-64mt點的plc，所以我決定采用1個64mt的plc加2個16mt點的輸出擴展模塊完成這次的設(shè)計 。四、繼電器還是晶體管的選擇。 為了適應(yīng)設(shè)備現(xiàn)場各種執(zhí)行機構(gòu)的需要，數(shù)字量輸出模板也具有多種參數(shù)和規(guī)格。根據(jù)驅(qū)動負載的功率輸出電路的不同，plc開關(guān)量輸出模塊可分為晶體管型開關(guān)量輸出模塊、繼電器型開關(guān)量輸出模塊等不同類型。 繼電器型適用于交流和直流電路，但是響應(yīng)速度比較慢；晶體管型只適用于直流電路，但響應(yīng)速度比較快。所以綜合我這次的設(shè)計思路（整個設(shè)計只用到直流），我選擇了晶體管型。3.2硬件總體結(jié)構(gòu)框圖及分析如圖3-1所示，我這次設(shè)計的多路搶答器的主要功能有:（1）選

24、手路數(shù)（分臺）為8路；（2）各選手臺（分臺）顯示設(shè)置：有計分顯示、分臺搶答成功顯示燈、分臺違規(guī)搶答顯示燈；（3）各選手臺（分臺）的按鈕設(shè)置：搶答按鈕；（4）主持人臺（總臺）的按鈕設(shè)置：啟動/結(jié)停止開關(guān)、開啟時間開關(guān)、開啟溫度開關(guān)、開始搶答按鈕、搶答復位按鈕、主持人會場安靜提示鈕、手動設(shè)置各分臺計分鈕；（5）主持人臺（總臺）顯示設(shè)置：倒計時顯示、時間和溫度顯示、分臺號顯示、規(guī)定時間無人搶答與回答超時燈；（6）主持人臺的聲響設(shè)置：搶答開始聲響、規(guī)定時間無人搶答聲響、回答超時聲響、搶答違規(guī)聲響、復位聲響、安靜提醒聲響；圖3-1 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖3.3 基于plc的搶答器i/o總接線圖及分析3.3.1

25、 基于plc的搶答器編程元件地址分配表在程序控制設(shè)計中，我們首先要確定需要使用那些輸入、輸出，因為我們只有知道了輸入、輸出的端口號，才能夠開始編寫程序。如下就是這次設(shè)計的地址分配表：表3-1 搶答器編程元件地址分配表輸入端口輸入裝置輸出端口輸出裝置x0啟動/停止開關(guān)y32-y41分臺1-8搶答成功燈x1開始搶答按鈕y42-y51分臺1-8搶答違規(guī)燈x2復位按鈕y52總臺無人搶答、回答超時燈x3安靜提示按鈕y1-y10分臺計分顯示 x4選擇分臺按鈕y11-y14分臺號顯示x5加1分按鈕y15-y23顯示時間、溫度x6減1分按鈕y24-y31倒計時x7加5分按鈕y53蜂鳴器x10減5分按鈕x11分

26、臺1搶答按鈕 x12分臺2搶答按鈕x13分臺3搶答按鈕x14分臺4搶答按鈕x15分臺5搶答按鈕x16分臺6搶答按鈕x17分臺7搶答按鈕x20分臺8搶答按鈕x21開啟時間開關(guān)x22開啟溫度開關(guān)3.3.2 plc輸入/輸出總接線圖由圖3-2可知，我在輸入端使用了溫度控制模塊。溫度控制模塊相當于溫度變送器加a/d轉(zhuǎn)換器，可直接與熱電偶、鉑電阻等溫度檢測元件相連，接受來自溫度傳感器的信號并傳送給plc。在輸出端我接用了bcd譯碼器、3/8譯碼器和4/16 譯碼器，從而減少了使用plc的端口數(shù)。圖中的所有2位七段數(shù)碼管都是共陰型的。 圖3-2 八路搶答器i/o圖 3.4搶答硬件部分的設(shè)計及分析這部分硬件

27、在搶答器的設(shè)計中占有主要的部分。主要的功能有：1. 在主持人還沒有按下開始搶答按鈕時，選手就已按了搶答鈕，則此時該選手臺前的搶答違規(guī)燈（紅燈）亮。2. 在主持人按下開始搶答按鈕時：（1） 選手按下了搶答鈕。最先按下?lián)尨疴o的選手臺前的搶答成功燈（綠燈）亮，如果該選手沒有在規(guī)定的時間內(nèi)（10秒）回答出問題，則總臺上的無人搶答/回答超時燈（紅燈）亮。（2） 在規(guī)定時間內(nèi)（5秒）沒有選手按下?lián)尨疴o，則總臺上的無人搶答/回答超時燈（紅燈）亮。3. 所有只要是亮了的搶答成功燈、搶答違規(guī)燈和無人搶答/回答超時燈都會等到主持人按下復位按鈕后才熄滅。如下所示為搶答硬件部分的模塊圖：圖3-3 搶答硬件部分模塊圖3

28、.5搶答計分硬件部分的設(shè)計及分析該部分用了八個共陰型的兩位七段數(shù)碼管來顯示各分臺的計分情況，還有一個共陰型的七段數(shù)碼管顯示分臺號。因為使用的七段數(shù)碼管較多，所以在實物制作中為了減少plc端口的使用量，我用了bcd譯碼器和4/16譯碼器來實現(xiàn)。該部分模塊的輸入端有一個分臺選擇按鈕、兩個細加按鈕（加1、減1）和兩個粗加按鈕（加5、減5）；輸出端則有各個分臺用于計分的兩位七段數(shù)碼管和一個顯示分臺號的七段數(shù)碼管組成。該部分模塊的主要功能是：當選手搶答成功以后，在規(guī)定的時間內(nèi)（10秒）對主持人提出的問題進行了回答。主持人對選手給出的回答進行了判斷，然后按選擇分臺按鈕（有1-8重復選擇）選定該選手的分臺號

29、，對其加/減分數(shù)。如下所示為搶答計分硬件部分的模塊圖：圖3-4 搶答計分硬件部分模塊圖3.6搶答倒計時硬件部分的設(shè)計及分析該部分模塊的硬件是在總臺上實現(xiàn)的。由下圖可以看出該模塊用了一個兩位的七段數(shù)碼管，因此只使用了一個bcd譯碼器。雖然看起來似乎是多此一舉，其實不然，這里使用了bcd譯碼器同樣減少了plc端口的使用量。倒計時在選手進行搶答和選手搶答成功后對主持人提出的問題進行回答時，都分別從5和10 開始倒計。具體說明為：當主持人按下開始搶答按鈕的同時，倒計時從5秒開始倒計。在這5秒的時間內(nèi)，如果有選手按下了搶答鈕（即搶答成功），則倒計時立即重新從10秒（選手回答問題的時間）開始倒計。但是若在

30、這5秒的時間內(nèi)沒有選手按下?lián)尨疴o，則倒計時顯示會從5秒一直到00。如下所示為搶答倒計時硬件部分的模塊圖：圖3-5 搶答倒計時硬件部分模塊圖3.7蜂鳴器功能硬件部分的設(shè)計及分析蜂鳴器的功能可分為以下幾點：1. 當主持人按下開始搶答按鈕的同時，蜂鳴器響2秒后停止。2. 當主持人還沒有按下開始搶答按鈕時，選手已經(jīng)提前按了搶答鈕，那么由于選手搶答違規(guī)，蜂鳴器響（2秒）；3. 當主持人按下開始搶答按鈕后，在規(guī)定的時間內(nèi)（5秒）沒有選手按搶答鈕，則倒計時顯示到00的同時，蜂鳴器響（2秒）；4. 當選手在規(guī)定的時間內(nèi)（5秒）按了搶答鈕卻沒有在規(guī)定的時間內(nèi)（10秒）回答出主持人所提出的問題，那么在倒計時顯示到

31、00的同時，蜂鳴器響（2秒）；5. 當在比賽中，周圍的聲音過大而影響選手回答問題時，主持人可按下安靜提示鈕，蜂鳴器響（2秒），以此來提醒全場。如下所示為蜂鳴器硬件部分的模塊圖：圖3-6 蜂鳴器硬件部分模塊圖3.8時間顯示硬件部分的設(shè)計及分析在時間顯示的硬件設(shè)計中我同樣用到了動態(tài)掃描的方法來減少plc端口的使用量。在輸入端，我用了一個開關(guān)來控制三個兩位數(shù)碼管的開啟或是關(guān)閉，這樣在需要的時候，我們可以開啟，同樣的在我們不需要的時候也可以關(guān)閉。在主持人撥開開啟時間開關(guān)以后，總臺上的三個兩位七段數(shù)碼管就會顯示出當前的年、月、日，而過了10秒鐘的時間，同樣的三個兩位七段數(shù)碼管又會跳變?yōu)楫斍暗臅r、分、秒，

32、10秒后又是年、月、日，依次不斷的循環(huán)，直到關(guān)閉開關(guān)為止。我在搶答器的設(shè)計中增加時間顯示的目的是為在場的所有參賽選手、主持人和觀眾提供方便，以便那些在比賽時沒有帶手表或是手機的朋友們能夠隨時的知道當前的時間。如下所示為時間顯示硬件部分的模塊圖：圖3-7 時間顯示硬件部分模塊圖3.9溫度顯示硬件部分的設(shè)計及分析 在這部分設(shè)計中，我使用到了溫度傳感器輸入模塊。這個模塊的擴展線占用了8個輸入點，因此我在計算plc應(yīng)該用的總點數(shù)時加上了這8個點，這樣計算公式就成了：plc該用的總點數(shù)=輸入總端口數(shù)（xn）+輸出總端口數(shù)（yn）+8（溫度模塊要占用8個端口數(shù)）當主持人按下開啟溫度開關(guān)時，七段數(shù)碼管上就會

33、顯示當前的溫度。這是為在場的參賽選手、主持人和觀眾提供方便，因為如果覺得室內(nèi)的空調(diào)溫度不舒服，可向相關(guān)工作人員反映，可讓其調(diào)整到舒適的溫度。fx2n-4ad-pt溫度傳感器輸入模塊是將現(xiàn)場的模擬溫度信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號傳送給plc的模塊。此模塊可將來自4個熱電阻傳感器（pt100，3線，100）的輸入放大，并轉(zhuǎn)換成12位（11個數(shù)據(jù)位+1個符號位）的可讀數(shù)據(jù)，存儲于模塊內(nèi)，或傳送給plc。溫度傳感器輸入模塊不需要外部供電，直接利用plc帶給的24v電源來供電。如下所示為溫度顯示硬件部分的模塊圖：圖3-8 溫度顯示硬件部分模塊圖3.10本章小結(jié) 本章介紹了硬件的選擇、總體結(jié)構(gòu)框圖、總體及各分

34、部模塊的i/o模塊圖和地址分配表。第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1.搶答主程序設(shè)計流程圖及其程序圖4-1 搶答主程序流程圖搶答主程序如下：一、開始搶答程序此程序?qū)崿F(xiàn)了當總電源開啟（x0），主持人按下開始搶答按鈕(x1)的同時倒計時從5秒開始倒計。其中，set為置1指令。t10一直是閉合的，搶答開始后倒計時從5秒倒計到00，t10斷開，倒計時結(jié)束。二、各分臺開始搶答程序分臺1這段程序?qū)崿F(xiàn)了分臺1的搶答情況：（1）在主持人按下開始搶答按鈕(x1)時（按下x1，m50接通），若按下x11（分臺1搶答鈕）搶答成功，則搶答成功燈（y32）亮，此時其他分臺都無法進行搶答，因為y32（分臺1搶答鈕）的常閉觸點都串

35、在了分臺2-分臺8的搶答支路上。這是一種互鎖功能。（2）在主持人還沒有按下開始搶答按鈕時，按下x11（分臺1搶答鈕）搶答違規(guī)，搶答違規(guī)燈（y42）亮，同理，分臺2-分臺8的搶答違規(guī)均失效，也是采用了互鎖的原因。而分臺2、分臺3、分臺4、分臺5、分臺6、分臺7、分臺8的搶答程序與分臺1的相似。 三、復位程序一輪搶答結(jié)束后 ，主持人按下復位鈕x2（總電源m100一直導通），接著程序執(zhí)行 zrst y032 y052，使連接在y32-y52連續(xù)端口上的搶答成功燈、搶答違規(guī)燈和無人搶答/回答超時燈均熄滅，同時蜂鳴器（y53）響2秒，為下一輪搶答做好準備。其中，zrst是連續(xù)清零指令。四、無人搶答和回答

36、超時程序此程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當主持人按下開始搶答按鈕（x1）后，5秒倒計時開始倒計，(1)在這5秒的時間內(nèi)沒有人搶答，則無人搶答燈/回答超時燈（y52）亮，同時蜂鳴器（y53）響2秒；(2)在5秒時間內(nèi)有人搶答，但是沒有在規(guī)定的時間內(nèi)（10秒）回答出問題，則無人搶答燈/回答超時燈（y52亮 同時蜂鳴器（y53）響2秒。五、搶答成功后10秒倒計時程序此程序顯示在搶答過程中，分臺1-8只要有一個搶答成功，則y32-y41之中肯定有一個接通，那么10秒倒計時開始進行。4.2搶答計分程序設(shè)計流程圖及其程序圖4-2 搶答計分程序流程圖搶答計分程序如下：一、分臺號選擇程序此程序為步進選擇程序，即每按一次選

37、擇分臺號按鈕x4，只導通其中一個mn（m11-m17），用來選通其中一個分臺進行加減。其中，sftlp為移位指令。二、分數(shù)加減程序這部分程序?qū)崿F(xiàn)了某一個分臺進行手動的加減，設(shè)計了4個按鈕，其中2個細加減（1分）和2個粗加減（5分），為搶答加減分提高了效率。incp是自加指令，decp是自減指令。 d300 k99是觸點比較指令，是指當d300大于99時，自加結(jié)束； d300 k0指的是當d300小于0時，自減結(jié)束。而加5減5程序與此相似，其中比較大的改動是incp d300自加改為addp d300 k5 d300的加5程序，同樣的dbcp d300自減改為subp d300 k5 d300的

38、減5程序。分數(shù)加減程序是一個子程序，所以我在此程序結(jié)束的時候用了sret（即子程序返回指令）。三、選通脈沖的產(chǎn)生程序（4/16譯碼器）4/16譯碼器我選用了74ls154，此芯片能把4位二進制編碼的輸入譯成16個互斥的輸出之一，可以按照4位二進制編碼執(zhí)行分配功能，把數(shù)據(jù)從一個允許端g1或g2（另一個允許接低電平）分配到16個輸出端的任1位。在這次的設(shè)計中我用了8個2位的七段數(shù)碼管，而這8個數(shù)碼管需要16個選通脈沖。原需占用plc的16個點數(shù)，選用了4/16譯碼器，就減少了12個plc點數(shù)的使用。邏輯功能見表4-1。表4-1 74ls154功能表輸入端輸出端g1 g2d c b a0 1 2 3

39、 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 l ll l l ll h h h h h h h h h h h h h h hl ll l l hh l h h h h h h h h h h h h h hl ll l h lh h l h h h h h h h h h h h h hl ll l h hh h h l h h h h h h h h h h h hl ll h l lh h h h l h h h h h h h h h h hl ll h l hh h h h h l h h h h h h h h h hl ll h h lh h h h h h l

40、 h h h h h h h h hl ll h h hh h h h h h h l h h h h h h h hl lh l l lh h h h h h h h l h h h h h h hl lh l l hh h h h h h h h h l h h h h h hl lh l h lh h h h h h h h h h l h h h h hl lh l h hh h h h h h h h h h h l h h h hl lh h l lh h h h h h h h h h h h l h h hl lh h l hh h h h h h h h h h h h h

41、l h hl lh h h lh h h h h h h h h h h h h h l hl lh h h hh h h h h h h h h h h h h h h l m8000是一個長通開關(guān)。plsy是一個方波脈沖的產(chǎn)生指令，據(jù)規(guī)定這個方波只能從y0或y1端口輸出，k0代表波形為無限次。plsy k550 k0 y000指的是產(chǎn)生一個頻率為550hz的方波，從y0口輸出。 m8002為一個掃描周期，mov k0 d0指的是將d0清零。所以這句指令的意思是來一個脈沖，d0就清零。y000為一列方波，incp d0指的是d0進行自加。所以這句指令的意思是當一個上升沿來臨時，d0就進行自加

42、。 = d250 k16是一條觸點比較指令，mov k0 d250是將0放到數(shù)據(jù)存儲器d250中。因此這條程序的意思是：當d250=16時，d250清零。這是因為設(shè)計了0-15的16位二進制加1的循環(huán)指令，所以要清零。 mov d550 k1m50指的是將d550中的數(shù)據(jù)給m50-m53。cml為取反指令，因為由74ls154的功能表可以看出輸出端必須要取反之后才適合選通脈沖的程序，所以我在將數(shù)據(jù)給m50-m53之前先取反。 實現(xiàn)0000-1111的16次加1循環(huán)的狀態(tài)，傳給與4/16譯碼器輸入端相連的plc端口y5-y10。四、各分臺手動計分及分數(shù)顯示程序這小段程序是指主持人使用選擇分臺按鈕

43、（x4）選中分臺1，并對分臺1的分數(shù)進行手動加減的調(diào)用子程序部分，call是調(diào)用子程序指令。mov d401 d305和mov d402 d306都是將分臺1上原有的分數(shù)放入到公共數(shù)據(jù)存儲器d305與d306中，在子程序里進行加減程序再返回。這里的bcd是4位數(shù)據(jù)的譯碼指令，因為我用的plc是晶體管型，所以顯示數(shù)據(jù)后，還得進行各位取反才能輸出，以得到正確的極性。其中，cml是取反指令。k1y001指的是bcd譯碼器所連接的plc端口號y1、y2、y3、y4。由此可知，這句指令的意思就是當d250=15時，將d305中的分數(shù)十位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成bcd碼存于d401中，然后d401中的數(shù)據(jù)取反后給y1-

44、y4端口。此程序與上面的程序相似，只是將分數(shù)的個位數(shù)據(jù)譯碼取反后給y1-y4端口。這個程序?qū)崿F(xiàn)的是總臺上的分臺號1的顯示，同樣的此程序也用到了bcd的譯碼指令和cml取反指令，將數(shù)據(jù)譯碼并取反后給y11-y14端口。 fend是主程序結(jié)束指令。 這幾部分程序為分臺1的手動計分和分數(shù)顯示程序，而分臺2至分臺8的程序與此相似。4.3搶答倒計時程序設(shè)計的流程圖及其程序圖4-3 搶答倒計時程序流程圖搶答倒計時程序如下：一、5秒開始倒計時程序這部分程序是：在總電源開啟，主持人按下開始搶答按鈕時，（1）分臺1-分臺8無人搶答（即y32-y41未斷開）情況下，倒計時從5秒開始倒計；（2）分臺1-分臺8在5秒

45、的時間內(nèi)有人搶答，則y32-y41必有一個斷開，5秒倒計時自動中斷。其中，decp是一個自減指令，m8013是一個1秒脈沖。二、倒計時結(jié)束處理及數(shù)據(jù)分離 這是一個動態(tài)掃描程序，其中有定時器t200和t201。在plc中：（1）在定時器t0-t191中，k1=100ms，k10=1s；(2)在定時器t200-t245中，k1=10ms，k100=1s。此程序是當?shù)褂嫈?shù)到00時，倒計時結(jié)束，同時蜂鳴器（y53）響2秒，主持人按鍵（x1）觸點m50被復位。= d450 k0為一個觸點比較指令，意思為d450=0時，驅(qū)動后面的指令。倒計數(shù)信息在d450，除以10是對倒計時數(shù)據(jù)進行分離，d460倒計時十

46、位，d461倒計時個位。三、顯示倒計時程序此程序使用了bcd譯碼指令，是將d460（5秒倒計時十位數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)變成bcd碼存于d470（bcd碼的5秒倒計時十位數(shù)據(jù)），然后對d470各位取反，從y24-y27端口輸出顯示，此時輸出一個選通脈沖y31控制此時的數(shù)碼顯示器使其點亮。上面的程序為顯示倒計時個位，分析與顯示倒計時十位類同。四、10秒倒計時程序此段程序指的是：當總電源開啟(m100),主持人按下開始搶答按鈕（m50），分臺1-分臺8的其中一個分臺搶答成功時，則y32-y41必有一個閉合，倒計時開始從10秒倒計。4.4蜂鳴器程序設(shè)計的流程圖及其程序我設(shè)計的蜂鳴器在開始搶答、手動復位、搶答違規(guī)、

47、回答超時、無人搶答和安靜提示的情況下鳴叫2秒，流程圖如下：圖4-4 蜂鳴器程序流程圖一、安靜提示蜂鳴器程序此程序指的是當主持人按下安靜提示鈕（x3）的同時，蜂鳴器（y53）響2秒。其中x3與y53并聯(lián)，這是一個自鎖程序，因為x3是一個按鈕，按下后隨即就斷開了，所以要用自鎖程序，才能使蜂鳴器響2秒后才停止。而開始搶答、復位、搶答違規(guī)的蜂鳴器程序與此程序相似。二、回答超時和無人搶答時的蜂鳴器程序 這個時候的蜂鳴器響是不需要按鈕控制的，是由于回答超時（20秒）和無人搶答（10秒）時的倒計時到00時，蜂鳴器自動響2秒的程序。4.5時間顯示程序設(shè)計的流程圖及其程序分析圖4-5 時間顯示程序流程圖時間程序

48、分析如下：一、時鐘數(shù)據(jù)分離程序 x21是時間開啟開關(guān)，trd 是plc時鐘讀取指令，而trd d50指的是讀取plc內(nèi)部時鐘數(shù)據(jù)放到d50-d55中（即d50 年，d51-月，d52-日，d53-時，d54-分，d55-秒）。所以這段程序的意思是，當撥開時間開啟開關(guān)后，讀取plc內(nèi)部時鐘數(shù)據(jù)放到d50-d55中。這段為時間數(shù)據(jù)分離程序。div為除法指令，div d50 k10 d60指令執(zhí)行之后數(shù)據(jù)存儲器d60存儲年十位，d61存儲年個位，同樣的div d51 k10 d65、div d52 k10 d70、div d53 k10 d75、div d54 k10 d80、div d55 k10

49、 d85等指令執(zhí)行之后各存儲器分別是d65存儲月十位、d66存儲月個位、d70存儲日十位、d71存儲日個位、d75存儲時十位、d76存儲時個位、d80存儲分十位、d81存儲分個位、d85存儲秒十位、d86存儲秒個位。二、時間顯示程序因為我在設(shè)計中將年月日與時分秒之間的顯示時間間隔設(shè)置為10秒，所以這段指令是執(zhí)行10秒間隔的。 = dn km是觸點比較指令，指的是當dn=m時。 是指當d0=7時，將d60中的數(shù)據(jù)放到d120中用來表示年十位。因為我用的plc是晶體管型，所以要用cml指令將數(shù)據(jù)取反才可以進行譯碼。k1y015指的是bcd譯碼器所連接的plc端口號y15、y16、y17、y20。由

50、此可知，這句指令的意思就是將d120中的數(shù)據(jù)取反后給y15-y20。而同樣的月十/個位、日十/個位、時十/個位、分十/個位、秒十/個位都按照這個方法進行編程。 4.6溫度顯示程序設(shè)計及分析4.6.1 fx2n-4ad-pt溫度傳感器輸入模塊概述溫度傳感器輸入模塊與plc之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的讀出與寫入通過from/to指令進行。一、fx2n-4ad-pt模塊主要特性1.pt100，3線，100，3通道。2.測量溫度范圍：-1000c-+6000c（分辨率0.20.30c），相應(yīng)數(shù)字輸出：-1000-+6000（11個數(shù)據(jù)位+1個符號位）。3.供電電源：模塊內(nèi)部模擬電路dc5v/30

51、ma（可由plc提供）；模塊內(nèi)部數(shù)字電路dc25v/50ma（可由plc或外部提供）。4.占用fx2n擴展單元8個點，可分配成輸入或輸出。二、模塊的轉(zhuǎn)換特性三、模塊的緩沖存儲器1.緩沖存儲器共有1#-31#2.其中主要的bfm存儲單元：#1-#4：ch1ch4的平均溫度的采樣次數(shù)（1-4096），默認值為8；#5-#8：ch1ch4在0.10c單位下的平均溫度；#9-#12：ch1ch4在0.10c單位下的當前溫度；#28：數(shù)字范圍錯誤鎖存。它鎖存每個通道的錯誤狀態(tài)，據(jù)此可檢查傳感器是否斷開。#29：錯誤狀態(tài)。 #30：識別號k2040。它存放在緩沖存儲器bfm#30號中。在傳輸/接收數(shù)據(jù)之前

52、，可以使用from指令讀出特殊功能模塊的識別碼（或id），以確認正在對此特殊功能模塊的操作。4.6.2溫度顯示程序設(shè)計的流程圖及其程序圖4-6 溫度顯示程序流程圖溫度程序如下：一、溫度數(shù)據(jù)的取出及分離x22是開啟溫度開關(guān)，from k0 k9 d3 k1指的是將0號溫度模塊bfm 9號（當前溫度ch1的緩沖存儲器）放到plc的數(shù)據(jù)存儲器d3中調(diào)用一次。div是除法指令，這句指令指的是將d3中的數(shù)據(jù)除以10，商放入d10中，余數(shù)放入d11中。由此我們可以分離出溫度的個位與十位數(shù)，將溫度的十位數(shù)據(jù)放入d10中，溫度的個位數(shù)據(jù)放入d11中。二、選通脈沖的產(chǎn)生（3/8譯碼器）3/8譯碼器我選用了74ls138，它有三個允許輸入端，因而能簡化級聯(lián)合擴展所需的外加門電路或相反器的數(shù)量，組成一個24線的譯碼器不需加反相器。作為分配器使用時其中一個允許輸入端作為數(shù)據(jù)輸入端。在時間和溫度的設(shè)計中我用了4個2位的七段數(shù)碼管，而這4個數(shù)碼管需要8個選通脈沖。原需占用plc的8個點數(shù)，選用了3/8譯碼器，就減少了4個plc點數(shù)的使用。功能表見表4-2。 表4-2 74ls138功能表輸入端輸出端允許選擇y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7g1 g2c a bh ll l l l h h h h h h h h ll l h h l