【文章內(nèi)容簡介】 行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心（ PLC）， PLC將根據(jù)信號作出相應的響應。知識競賽搶答器有六個輸入信號（即六個按鈕），十七個輸出信號即五個臺燈（ 5 個）、一個蜂鳴器（ 1 個）、三個數(shù)碼管（ 11 個）。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖 31所示： 31 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖 流程圖 當裁判按下開始按鈕時，四個參賽對處于搶答狀態(tài)，假如是一號參賽隊先搶到題目， PLC 先判斷搶答是否成功，若成功，則進行下一部看是否在規(guī)定的搶答時間內(nèi)答 題，若在規(guī)定時間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時，則提示裁判；如果搶答沒有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法規(guī)臺燈亮，裁判臺燈亮出指令。如圖 32所示。 PLC 與七段 LED 顯示器連接設(shè)計 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性 （ 1） LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導體數(shù)碼管。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負極）或共陽極（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。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā) XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 32 流程圖 光二極管發(fā)光，就能顯示從 0～ 9 的一系列數(shù)字。 常見 LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33 所示：分別為共陽極結(jié)構(gòu)與共陰極結(jié)構(gòu)， a～ g 是 7 個筆段電極， DP 為小數(shù)點。 (2)LED 數(shù)碼管的主要特性 ① 工作電壓 ～ 5V，一般為 ～ ，工作電流 5～ 10mA，高亮度管可在低電壓和小電流（ 1mA 左右）條件下工作。 ② 單色性好，亮度高、高頻特性優(yōu)良，發(fā)光響應時間非常短，通常小于 ，工作溫度范圍為 30～ +80℃，使用壽命可達 5M 小時以上。 ③ LED 數(shù)碼管每筆畫工作電流 I在 5～ 10mA 之 間，若電流過大會損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻。 圖 33 常見 LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 2. PLC 與七段數(shù)碼管直接連接阻值計算 根據(jù) LED 數(shù)碼管每筆畫工作電流 I 在 5～ 10mA 之間，若電流過大會損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計算 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）。 集成七段顯示譯碼器 CC4511 與集成計數(shù)器 74LS192的介紹 在四路搶答器硬件接線中，為了使數(shù)碼管顯示出我們想要的東西，加入這兩個芯片，可實現(xiàn)計數(shù)和 計時的功能。 CC4511 為 COMS 集成七段顯示譯碼器，具有鎖存、譯碼、驅(qū)動功能。其引腳名稱如圖 34 所示， LT 為燈測試端， BI 為燈熄滅端， LE為鎖存使能端。 七段顯示譯碼器 CC4511 的真值表 當 LT =0（底電平有效）時，所有字段發(fā)光，實現(xiàn)燈測試功能；當 LT =0， BI =0（低電平有效）時，所有字段熄滅，實現(xiàn)消隱功能；當 LT 和均 BI 為高電平時， CC4511 實現(xiàn) BCD 譯碼顯示功能，此時，鎖存使能端 LE 信號決定譯碼器顯示內(nèi)容；當 LE=0 時，顯示該時刻輸入的 BCD碼相對應的字符，但只能顯示字符“ 0” — “ 9”；當 LE=1 時，顯示 LE 上跳時鎖存入 CC4511 內(nèi)鎖存器的 BCD碼字符。 利用 CC4511 的鎖存功能，多個七段譯碼器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)線共享，能直接驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)光。 圖 34CC4511 引腳圖 表 CC4511的真值表 輸入 輸出 顯XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 LE BI LT D C B A a b c d e f g 示 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 ╳ ╳ 0 ╳ ╳ ╳ ╳ 1 1 1 1 1 1 1 8 ╳ 0 1 ╳ ╳ ╳ ╳ 0 0 0 0 0 0 0 無 1 1 1 ╳ ╳ ╳ ╳ 其它輸出見 LE 2. 集成計數(shù)器 74LS192 74LS 是同步可擬計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，病具有清除和置數(shù)等功能。其 引腳圖如圖 35 所示。 圖 35 74LS192引腳圖 表 74LS192真值表 輸入 輸出 MR PL CPU CPD P3 P2 P1 P0 Q1 Q2 Q3 Q4 1 ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ 0 0 0 0 0 0 ╳ ╳ d c b a d c b a XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 0 1 ↑ 1 ╳ ╳ ╳ ╳ 加計數(shù) 0 1 1 ↑ ╳ ╳ ╳ ╳ 減計數(shù) 其中 D0D3:并行數(shù)據(jù)輸入端 Q0Q3：數(shù)據(jù)輸出端； CPU：加法計數(shù)脈沖輸入端； CPD：減法計數(shù)脈沖輸入端； RD：異步置 0 端（高電平有效）； LD：置數(shù)控制端（低電平有效）； C：加法計數(shù)時，進位輸出端（低電平有效）； B：減法計數(shù)時，借位輸出端（低電平有 效） 其中輸入輸出表如表 所示，時序圖如圖 36 所示。 圖 36 74LS192時序圖分析 用兩個 74LS192 可以實現(xiàn) 100 進制計數(shù)器如圖 37 所示，計數(shù)開始時，先在MR端輸入一個正脈沖，此時兩個計數(shù)器均被置為 0 狀態(tài)。此后在 PL端輸入“ 1”，XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 MR端輸入“ 0”，則計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。 在個位的 74LS192(1)的 端逐個輸入計數(shù)脈沖 CP，個位的 74LS192 開始進行加法計數(shù)。在第 10個脈沖上升沿到來后，個位 74LS192的狀態(tài)從 1001→ 0000，同時其進位輸出 TCD 從 0→ 1。 此上升沿使十位的 74LS192（ 2）從 0000 開始計數(shù)，直到第 100 個 CP 脈沖作用后，計數(shù)器 1001 1001 恢復為 0000 0000，完成第一次計數(shù)循環(huán)。 圖 37 100進制計數(shù)器 74LS14 六反相器 在外部接線中還要用到一些邏輯非門器件，在這里選取了三個 74LS14 六反相器，在外部接線中為了接線方便沒有作為整體畫出來，而是用非門邏輯符號代替，反相器就是將信號進行處理使其輸出相反的信號，比如輸入是低電平，那么輸出就是高電平。其工作電源額定電壓為 5V，輸入電流高電平時最大值為 ，低電平時最大值為 8mA。 74LS14 六反相器有六對相互獨立的輸入端口和輸出端口，其引腳圖如圖 38所示。 圖 38 74LS14引腳圖 XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 A 端為輸入端， Y 端為輸出端，一片芯片一共 6 路 。 即 1 13 為輸入端 12 為輸出端，輸出與輸入結(jié)果反向。 I∕ O 分配 為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，用 SB5 作為四個參賽隊分別用與之對應號 SB SB SB SB4設(shè)置按鈕。 SB0 為比賽復位按鈕，使下輪比賽開始。同理用 Y0、 Y Y Y3 輸出信號驅(qū)動對應的信號燈 EL EL EL EL4，四隊對號數(shù)碼管顯示輸出為 Y Y Y6，置數(shù)開關(guān) Y7，置數(shù) Y Y1 Y12，清零Y13，顯示消隱 Y1 Y15, 觸發(fā)脈沖 Y1裁判臺燈 Y1蜂鳴器 Y20 如表 所示。同時用到時間繼電器 T0、 T T T T5，輔助繼電器 M0、 M M MM M M M M M M1 M1 M1 M14。具體如圖 39 所示。 表 知識競賽搶答器輸入輸出口分配表 輸入信號 輸出信號 名稱 輸入點標號 名稱 輸出點標號 1 號賽臺搶答器按鈕 SB1 X1 1 號參賽臺燈 Y0 2 號賽臺搶答器按鈕 SB2 X2 2 號參賽臺燈 Y1 3 號賽臺搶答器按鈕 SB3 X3 3 號參賽臺燈 Y2 4 號賽臺搶答器按鈕 SB4 X4 4 號參賽臺燈 Y3 裁判臺復位按鈕 SB0 X0 一隊對號數(shù)碼顯示 Y4 裁判臺開始按鈕 SB5 X5 二隊對號數(shù)碼顯示 Y5 三隊對號數(shù)碼顯示 Y Y5 四隊對號數(shù)碼顯示 Y6 時鐘預設(shè)置開關(guān) Y7 時鐘預設(shè)置 15 秒 Y Y11 時鐘預設(shè)置 30 秒 Y1 Y12 時鐘數(shù)碼管顯示清零 Y13 時鐘和隊號消隱 Y1 Y15 觸發(fā)脈沖 Y16 裁判燈 Y17 蜂鳴器 Y20 XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 39外部硬件接線圖 XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 第 4 章 軟件設(shè)計 PLC 梯形圖 PLC 梯形圖使用應符合以下規(guī)則： (1)每個梯形圖是由多個梯級組成，每個線圈可構(gòu)成一個梯級，每個梯級可由多條支路組成，每個梯級代表一個邏輯方程。 （ 2）梯形圖中的繼電器不是物理繼電器，每個繼電器和輸入觸點均為存儲器中的一位，相應位為“１”態(tài)表示繼電器得電或常開觸點閉合或常閉觸點斷開。 （ 3）梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是“概念電流 ”，是用戶程序解算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示 ,“概念電流”只能從左向右流動。 （ 4）梯形圖中的繼電器觸點可在編制用戶程序時無限次地引用，既可常開又可常閉。 （ 5）梯形圖中輸入觸點和輸出線圈不是物理觸點和線圈，用戶程序的解算是 PLC 的輸入和輸出狀態(tài)表的內(nèi)容，而不是根據(jù)解算時現(xiàn)場的開關(guān)狀態(tài)。 （ 6）輸出線圈只對應輸出狀態(tài)表的相應位，不能用該編程元素直接驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行元件，該位的狀態(tài)必須通過 I/O 模塊上對應的輸出晶體管開關(guān)、繼電器或晶閘管等，才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行元件。 （ 7）在輸出線圈右側(cè)不能再連觸點，觸點必須在輸出 線圈的左側(cè)。 （ 8）兩個或兩個以上線圈可以并聯(lián)，但不能串聯(lián)。 （ 9）梯形圖左端母線不能和輸出線圈直接相連，必須通過繼電器觸點相。 （ 10）程序結(jié)尾要有 END 指令。 程序設(shè)計要求分析和編程元件選取 SB5 時，時鐘數(shù)碼管顯示 15S 倒計時， 15S 內(nèi)各隊可以搶答，當有一隊搶答成功時，蜂鳴器響，其他隊不能搶答，這時顯示所搶答到隊的隊號，時鐘數(shù)碼管顯示 30S 倒計時。 SB5,超過 15S 還沒有隊搶答，這時蜂鳴器響，裁判燈亮，這時隊員不能搶答。 ，答題超過 30S 時，這時蜂鳴器響，裁判燈亮。 SB5 就開始搶答，這時屬于違規(guī)操作，蜂鳴器響，XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 隊燈亮，裁判燈亮。 因此，肯定會用到 PLC 輸入繼電器 X、輸出繼電器 Y。同時為了編程方便和實現(xiàn)功能，需用到輔助繼電器 M。對于時間要求要用到非積算式定時器 T，對于電路復位，如果用傳統(tǒng)的串常閉點的話，會很麻煩增加程序的復雜程度，所以決定用主控指令 MC、 MCR 復位電路。此外還有為了方便蜂鳴器的控制用到了脈沖輸出指令 PLS，如圖 41 所示。 圖 41四路搶答器的梯形圖（ 1） XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 圖 41四路搶答器的梯形圖（ 2） XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 圖 41四路搶答器的梯形圖（ 3） XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 圖 41四路搶答器的梯形圖（ 4） 語句表 0 LD X0 2 LDI M10 1 OUT M10 3 MC N0 SP M0 XXX 大學畢業(yè)設(shè)計 本文來自 6 LD X5 33 OR Y3 7 O M1 34 OUT Y3 8 OUT M1 35 AN