三路抢答器课程教学设计.doc

.- 设计题目 三路抢答器的PLC控制 1 主要内容 该抢答器作为智力竞赛的品判装置，根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其答题正确、错误及违规，在主持人的操作下，对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。 2 具体要求 1. 主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。 2. 主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。 3. 主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。 4. 主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。 5. 抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。 6. 答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。 答题过程中灯光、音响的安排及注意事项见课程设计指导书。 在上述具体的要求下，完成硬件电路的制作和接线，PLC控制程序的设计及联机调试，直至满足要求。 3 进度安排 1. 理解课程设计内容及设计要求，查阅资料（第一周的星期一）。 2. PLC外围硬件电路的制作和接线，构思设计方案（第一周的星期二至星期三）。 3. PLC控制程序设计、程序调试及系统的总体调试，撰写课程设计报告（第一周的星期四至第二周星期四）。 4. 课程设计答辩、批改设计报告，登载成绩（第二周星期五）。 4 完成后应上交的材料 PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。 6 总评成绩 指导教师 签名日期 年 月 日 系 主 任 审核日期 年 月 日 目录 绪论 4 第一章 系统设计内容及要求 1 第二章 硬件设计 3 2.1硬件选取 3 2.1.1 三菱PLC可编程控制器 3 2.1.2 按钮板块 3 2.1.3 数码显示电路 4 2.1.4 八字数码管. 4 2.1.5 CD4511简介 4 2.1.6 数码管显示电路 5 第三章 软件设计 6 3.1编程辅助器说明 6 3.2梯形图说明 7 3.2.1初始化 7 3.2.2抢答前计时 8 3.2.3答题时间 9 3.2.4抢答标志 10 3.2.5抢答灯控制 11 3.2.6蜂鸣器 12 3.2.7数据处理 13 3.2.8分数加减 14 3.2.9显示控制 16 3.2.10防过显示 18 3.2.11复位 18 3.2.12违规标志位 19 参考文献 20 总结 21 致谢 22 附录 23 绪论 该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其回答正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。 关键词：抢答器 第一章 系统设计内容及要求 1.1抢答器功能： 三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如图1-1所示。 图1-1 1.2抢答器设计要求 1.2.1抢答规则 1. 主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。 2. 主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。 3. 主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。 4. 主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。 5. 答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原来状态，为下一轮抢答做好准备。 6. 在抢答时间（10s）内，除抢答者按下按钮外，其它按钮按下无效。只有在答题者回答问题且按下加分或减分按钮后，再按复位按钮才能进入下一轮抢答。 7. 若出现违规，只有在按下违规减分按钮后，再复位才能进入下一轮抢答。 8. 若无人抢答，控制台绿灯点亮2s后，无需按下复位按钮自动进入下一轮抢答。 1.2.2 控制台，抢答者灯光，声响说明 1. 抢答有效:抢答者灯亮、控制台绿灯及声响。 2. 10s无人应答:声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。 3. 违规:违规者灯亮、控制台红灯（HL5）亮及声响。 4. 答题过程:抢答者灯、控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。 5. 答题时间到:抢答者灯亮，控制台绿灯灭及声响 6. 声响时间为1s。 1.2.3 加减分，违规扣分说明 抢答器由数码显示器显示每个答题者的分数，由主持人控制。 1. 答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分。 2. 减分计算中若出现负分作0分处理。 3. 按加分按钮(SB5)加10分，按减分按钮(SB6)减10分，按违规减分按钮(SB8)减5分，最高分为90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。 第二章 硬件设计 2.1硬件选取 2.1.1 三菱PLC可编程控制器 在本系统中，采用的是FX2N系列的可编程控制器，它由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。便小型的编程设计所用。 2.1.2 按钮板块 为了方便我们把程序录入PLC后能顺利完成各种按钮功能的测试，同时在另一方面降低直接短接PLC输入点的风险，我们有一块专门的按钮板块，它主要由9个按钮，一些导线组成。导线连接到PLC的输出点和COM端。使得我们可以方便地在按钮板块上实现SB0（复位X0)、SB1(1号抢答X1)、SB2(2号抢答X2)、SB3(3号抢答X3)、SB4(开始X4)、SB5(加分X5)、SB6(减分X6)、SB7(计时X7)、SB8(违规X10)等按钮的功能。 2.1.3 数码显示电路 本显示电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成。显示时候只要将CD4511的A、B、C、D端输入的BCD码，芯片会通过译码、锁存和驱动，以十进制数在七段显示数码管中显示。 2.1.4 八字数码管. 本显示电路采用七段共阴极数码管。 2.1.5 CD4511简介 CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器。管脚图如下图2-1所示： 图2-1 2.1.6 数码管显示电路 数码管显示电路如下图2-2所示： 图2-2 第三章 软件设计 3.1编程辅助器说明 如图3-1各辅助继电器作用说明 作用 M1 1号正常抢答标志 M2 2号正常抢答标志 M3 3号正常抢答标志 M11 1号非正常抢答标志 M12 2号非正常抢答标志 M13 3号非正常抢答标志 M55 控制台绿灯 M59 蜂鸣器 K2M100 1号分数 K2M200 2号分数 K2M300 3号分数 K2M150 输出中转 图3-1 3.2梯形图说明 3.2.1初始化 图3-2 如图3-2是初始化程序，每个选手的初始分数是50，M81的功能是附初始值送到数码管。6秒后置位Y4-Y11。 .- 3.2.2抢答前计时 图3-3 如图3-3，没有选手抢答，10s后复位重新开始。 3.2.3答题时间 图3-4 若1号开始答题，则50秒后启动M53（一秒脉冲控制）,用于控制绿灯的闪烁。60秒后启动蜂鸣器M59并且关闭控制绿灯。 3.2.4抢答标志 图3-5 如图3-5是选手抢答标志，M1.M2.M3是正常抢答标志，M11.M12.M13是违规抢答标志。若1号正常抢答则M1置1；1号违规抢答则M11置1。 3.2.5抢答灯控制 图3-6 如图3-6，工作中的选手灯，控制灯控制。若1号正常抢答则M55置1，Y12置1；1号违规抢答Y16置1,Y12置1. 3.2.6蜂鸣器 图3-7 如图3-7是蜂鸣器的控制图。蜂鸣器响1秒。 3.2.7数据处理 图3-8 如图3-8，用于最高分的区间选定，以及用于最大最小值的设定。1号抢答时，若分数个位为5则最高分是95，若分数个位是0则最高分是90。最低分为0。 3.2.8分数加减 图3-9 如图3-9用于选手违规扣分，及调节分数。1号违规抢答，则X10扣分，X5和X6用于调节分数。M70为是否扣分的标志。 图3-10 如图3-10，用于选手正常抢答加减分数。1号正常抢答，X5和X6加减分数，X4和X10用于调节分数。M70为是否加减分的标志。 3.2.9显示控制 图3-11 如图3-11，用于外部锁存的时间分配。1号抢答，则输出1号分数K2M100到中转K2M150。M57，M58,M80分别相隔100毫秒。 图3-12 如图3-12，将选手分数送到数码管显示。1号抢答Y5,Y4交替置0并且相应输出数据，K1M150表示个位，K1M154表示十位。 3.2.10防过显示 图3-13 如图3-13，用于只有需要显示时才送数据到数码管。只有分数变动时才触发。 3.2.11复位 图3-14 如图3-14，是主持人复位程序。用M70来防止没有加减分就复位。 3.2.12违规标志位 图3-15 如图3-15，扣分标志程序，用于先扣分才能复位。 参考文献 [1] 方清城.可编程序控制器课程设计指导书[M].佛山：佛山科学技术学院　机电与信息工程学院， [2] 史国生.电气控制与可编程控制器技术（第二版）[M].北京：化学工业出版社。 总结 在这几天的实习过程中，感觉到理论上可行的不一定经得起实际的考验，在编程时应该注重实际的硬件可能会发生的种种情况。特别的在数码管显示上调试了很长时间，最终在锁存时间上合理的给予间隔才解决。 致谢 虽然编程经历的时间不长，但是在这个过程中有华老师和方老师的辛勤指导，让我茅塞顿开，编程速度大大提升，在此谨向华老师和方老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 附录