【正文】 [11] Allan R. Hambley .Electronics. Hall Inc， 2021. [12] P. L. Jones P. J. Spreadbury: Analogue electronic circuits and systems， Cambridge University Press[M], New York， 1991. [13] ： // 。謝謝我們班主任老師，從大一到大四是你的悉心教導(dǎo)、孜孜不倦我們才能順利的完成學(xué)業(yè)。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無(wú)論收獲、遺憾，對(duì)我來(lái)說(shuō)都是一筆寶貴的財(cái)富。 致 謝 四年前，從我踏入天中大地，踏進(jìn) ****的那天起，我人生最美麗的青春年華注定了要在此綻放。 但是，通過(guò)這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在做設(shè)計(jì)時(shí)， 我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識(shí)，這使得我的專業(yè)知識(shí)在離校之前得到了鞏固。知識(shí)競(jìng)賽搶答器的程序是由三菱 PLC編程軟件 GXDEVELOPER7編制完成，正常工作時(shí)程序存放在存儲(chǔ)卡中，若要修改程序，先將 PLC設(shè)定在 STOP狀態(tài)下，運(yùn)行三菱 PLC編程軟件 GXDEVELOPER7編程軟件，打開(kāi)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試 [9]。 在搶答允許繼電器 M0閉合后，若在 15S內(nèi)有人搶答，由 M0常開(kāi)觸點(diǎn)和 M1常開(kāi)觸點(diǎn)組成的搶答計(jì)時(shí)顯示觸點(diǎn)閉合，使得 M5閉合一個(gè)掃描周期，數(shù)碼管 2和數(shù)碼管 3復(fù)位清零。168。 在搶答允許繼電器 M0閉合后，繼電器 M9閉合，輸出繼電器 Y Y2 Y2Y2 Y2 Y25閉合，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2顯示 “0”字符，同時(shí)秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生程序開(kāi)始工作。經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后 T4的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)， M4復(fù)位。 ④ 當(dāng) 4號(hào)參賽臺(tái)搶到題，則 4號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器 Y4閉合，驅(qū)動(dòng) Y11 、Y1 Y15和 Y16，數(shù)碼管 1 即顯示 “4”的字符。 ⑵ 搶答參賽隊(duì)號(hào)顯示，選用輸出繼電器 Y10～ Y16驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 1的七段發(fā)光管，即當(dāng)有人搶答時(shí)即可 顯示搶到題的隊(duì)號(hào)。 ③無(wú)參賽隊(duì)搶答，搶答繼電器 M1未通電閉合 (無(wú)人搶答 )，搶答限時(shí)計(jì)時(shí)器 T0計(jì)時(shí)到，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。 ①若 1號(hào)參賽臺(tái)答題超時(shí)，搶答繼電器 M1通電閉合 (有人搶答 )，答題限時(shí)計(jì)時(shí)器 T1計(jì)時(shí)到，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。然后根據(jù)哪個(gè)隊(duì)最先搶到題目，然后在規(guī)定的答題時(shí)間內(nèi)作答，或者答題超時(shí)。 Y5輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)音響。其外部硬件 接線圖如圖 315所示。數(shù)碼管 1顯示輸出點(diǎn)為 Y10Y16。 外部硬件接線圖 為了硬件電路接線方便， SB0作為搶答的開(kāi)始按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為 X0，輸出點(diǎn)為 Y0。 由上述可知，結(jié)合本次設(shè)計(jì)，由于輸入輸出點(diǎn)并不是很多，采用 PLC 控制 LED 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示方案，可以大大降低設(shè)計(jì)成本。 ⑶ 所有的顯示單元與 PLC之間的連線完全相同，硬件連線簡(jiǎn)單。 OMRON公司推出的 CQM1型 PLC指令中設(shè)置了 7段輸出顯示指令 7SEG(2)，該指令有 4位和 8位兩種方式，輸出 8位數(shù)時(shí)要占用13 個(gè)輸出點(diǎn)，若要求輸出顯示 5 位數(shù)時(shí)，需選用 8位方式，占用 13個(gè)輸出點(diǎn)。但對(duì)于一般的中小型的專用設(shè)備，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)會(huì)使成本大大提高，同時(shí)不便于在操作現(xiàn)場(chǎng)直接讀取或輸入數(shù)據(jù) .在顯示數(shù)據(jù)較少時(shí)，采用 PLC 控制 LED直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，可以降低成本，使得數(shù)據(jù)顯示直觀。 ③ LED數(shù)碼管每筆畫工作電流 I在 5～ 10 mA 之間，若電流過(guò)大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算 R=（ V0V1） /I 其中 V0為加在 LED兩端上的電壓， V1為 LED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為 2V）。另有一種字高為 mm 的超小型 LED 數(shù)碼管，管腳從左右兩排引出，小數(shù)點(diǎn)則是獨(dú)立的。 常見(jiàn) LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 314所示。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負(fù)極）或共陽(yáng)極（正極）的方法連接，組成 “ 8”字，再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極，就構(gòu)成了 LED 數(shù)碼管。 ③機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易 于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。但是中、高檔 PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 PLC SB0 SB5 SB1 SB2 SB3 SB4 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 1號(hào)臺(tái)燈 2號(hào)臺(tái)燈 3號(hào)臺(tái)燈 4號(hào)臺(tái)燈 蜂鳴器 圖 31 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I/O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I/O電源；多臺(tái) PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 PLC機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖 31所示： PLC機(jī)型的選擇步驟與原則 隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展， PLC產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。 綜合以上的分析和比較，最終決定采用 PLC。 操作： PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛 [10]。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說(shuō)明書方 能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說(shuō)明書指示排除故障，這樣排除故障的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。 單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線 路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計(jì)的，所以要增加一個(gè)功能就要重新設(shè)計(jì)線路，而且對(duì)應(yīng)的程序都要重新設(shè)計(jì)。 用單片機(jī)和 PLC分別做系統(tǒng)的比較 所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上的單片機(jī) CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板，最終設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所要求的控制功能。 ⑹ 各輸出端口統(tǒng)一采用直流 24V電源。 ⑷ 燈光與音響信號(hào)的意義如下：（見(jiàn)圖 21 結(jié)構(gòu)流程圖） ① 音響叫（響 1S） +某臺(tái)燈亮，由某參賽隊(duì)正常搶答。 ⑶ 知識(shí)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(kāi)始 ”并按下裁判臺(tái)的開(kāi)始按鈕 SB0后 15S內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時(shí)間。 競(jìng)賽搶答器的控制要求 ⑴ 知識(shí)競(jìng)賽搶答器能使 4個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。 2 整體方案的選擇 整體功能介紹 知識(shí)競(jìng)賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。小型機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。 按結(jié)構(gòu)形式分類 按 PLC物理結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。另外大型 PLC還可以采用三個(gè) CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器具有更高的可靠性。它除了具有小型機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的功能外，還具有更強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。 ⑵ 小型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)為 256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)容量小于 8KB的為小型 PLC。 PLC的分類 按 I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 一般來(lái)說(shuō)， PLC處理的 I/O點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量比較大，要求 PLC的指令及其他功能比較多，指令 執(zhí)行的過(guò)程比較快等。 PLC控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。在 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。 而 PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅 PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由 PLC送至 CNC設(shè)備使用。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。 ⑵ 運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。 PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型。 事實(shí)上， PLC就是以嵌入式 CPU為核心，配以輸入，輸出等模塊，可以方便的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。 PLC的簡(jiǎn)介 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）于 1987年對(duì) PLC定義如下 [4]?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生 故障，畫面自動(dòng)切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。該設(shè)計(jì)不但有搶答功能，而且還有一個(gè)計(jì)分系統(tǒng)，能分別對(duì)四個(gè)選手進(jìn)行計(jì)分，并能夠?qū)Ψ謹(jǐn)?shù)進(jìn)行加、減。 ⑶ 當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器只能 “抓住 ”其中一個(gè)違規(guī)者。 傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點(diǎn)： ⑴ 在一次搶答過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí)，只能處理違規(guī)搶答信號(hào)，而對(duì)沒(méi)有違規(guī)的有效信號(hào)不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過(guò)程變?yōu)闊o(wú)效。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。 關(guān)鍵詞： PLC；知識(shí)競(jìng)賽搶答器；七段數(shù)碼器； IO分配 bstract With the development of our country economy and cultural industry,public petition requires a fair adjudgement in many occasions,such as securities and ruling stock trading and various intelligence contest etc, resulting in various responder. First vies to answer first is posed of priority encoder which is constiuted by logic circuit, the speed and reliability of it is not high and the circuit is plex, but the function is simple. especially when there are many responders, it is more difficult to achieve. Therefore, a responder to reflect a kind of openness, fairness and impartiality of the knowledge petition is a kind of demand occupations. The core of this design is based on PLC ,