扬州职业大学
毕业设计说明书
系别：机械工程学院
专业：机械制造与自动化
学号： 110101628
姓名：陈梦琦
指导老师：杜晋
2014年 4月 22日
摘要
随着我国经济和文化实业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。最初的抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。因此，一种能够体现竞赛的公开、
公平、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。
本设计将以PLC为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，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，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。经过计算，制造的成本较低，但是改造效果却很明显，值得推广。
本设计利用FX2N-48MR PLC结合按钮、发光二极管、蜂鸣器、七段译码管以及防水塑料盒制作而成，外观简洁美观。
关键词：PLC；抢答器；七段译码器；按钮；发光二极管；蜂鸣器；七段译码管；防水塑料盒
目录
摘要 (2)
1绪论
1.1课题研究背景.......................................... 4-6
1.2 课程设计研究内容 (7)
2 整体方案选择
2.1整体功能介绍 (8)
2.2竞赛抢答器控制要求............................ 9-12
3 硬件电路设计
3.1控制特点分析...................................... 12-13
3.2 外部接线图 ........................................ 14-15
4 软件设计
4.1 I/O地址分配 ....................................... 16-19 4.2 程序设计 ............................................ 20-24 4.3 梯形图设计与分析............................. 25-31总结 ............................................................. 32-33 致谢 ............................................................. 34-36 参考文献 (37)
绪论
1.1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，并且成本偏高，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，反应灵敏，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，没有得到广泛的应用。
而对于科技飞速发展的今天，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。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，更好的服务于社会。
1.2课程设计研究内容：
系统设计主要包括硬件和软件两大部分，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。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。
整体方案的选择
2.1整体功能的介绍：
本设计是基于三菱PLC控制的六路抢答器，主要由一个复位按钮、六个抢答按钮、一个蜂鸣器、一个七段数码管、六个发光二极管、和一个三菱FN2X-40MR控制器组成。
本抢答器设计的实现的功能：在主持人复位按钮X0未按下时不执行指令，抢答者抢答按钮X1-X6无效。当主持人按下按钮X0时，抢答开始。当X0-X6中任一按钮按下，数码管就会显示相应的抢答者号码并且伴有蜂鸣声，以及相应的灯显示。当抢答结束后，主持人按下复位按钮，下一轮抢答开始。从而实现顺序抢答的功能。
2.2竞赛抢答器控制要求：
设计一个七段数码管（简称LED）显示6人的抢答器。抢答器的外形结构如图1-1所示；在控制盒横表面两侧设有六个抢答按钮依次是SB1-SB2，以及设有六个相应的指示灯依次是HL1-HL2。控制盒的中间部位分别设有数码管显示器、蜂鸣器(简称喇叭)、和一个复位按钮。
图1-1抢答器的外形结构图
控制要求：
(1)、系统上电后，主持人单击开始（复位）按钮后允许各队抢答即抢答有效。启动指示灯
（2）、在抢答过程中1-6对任何一队先按下各自的抢答按钮（SB1—SB6）后该队的指示灯亮（L1-L6），同时LED数码管显示当前对号，及蜂鸣器响起并连锁其他选手，继续抢答无效。
（3）抢答者回答完后主持人对抢答状态进行确认后单击开始（复位）按钮清楚显示数码系统又继续允许各队开始抢答；直至又一个抢答先按下各自的抢答按钮。
（4）、灯光亮与音响信号的意义：
１．蜂鸣器响+显示器显示数字零开始抢答
２．蜂鸣器响＋某队指示灯亮由某
参赛队正常答题
注：数码管以及指示灯输出端口统一采用直流9Ｖ电源，蜂鸣器输出端口采用PLC 自身输出的直流24V电源。
硬件电路设计
3．1抢答器的控制特点分析：
智能竞赛抢答器通过PLC进行控制，按要求进行编程；其主要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回应。
竞赛抢答器有10个输入信号（即7个输入按钮SB1-SB6）15个输出信号（即Y0-Y6七段显示码，Y11-Y16六队抢答指示灯，Y10蜂鸣器）。由上述可知，PLC共需
有7个输入点，15个输出点。系统控制结构框图如下图1-2所示
PLC SB
到
SB
6 显
示
器
抢答者号
码
指示灯
蜂鸣器
图1-2 系统控制结
构框图
3.2 外部接线图
图3-2 PLC六路智能抢答器外部接线图
分析：SB0代表“抢答开始”按钮对应输入寄存器X0，SB1-SB6代表6组抢答者的常开按钮，分别对应X1-X6,输出寄存器Y0-Y6分别对应显示器a-g,Y11-Y16分别对应1-6队抢答指示灯； Y10为蜂鸣器，数码管显示器和指示灯输出端口采用9V电源、蜂鸣器采用PLC自身输出的24V直流电源。
4 软件设计
4.1 I/O地址分配
输入分配开始抢答按钮SB0 X0
SB1 X1
SB2 X2
SB3 X3
SB4 X4
SB5 X5
SB6 X6
复位(开始)按钮X0 输出分配数码管显示a Y0
数码管显示b Y1
数码管显示c Y2
数码管显示d Y3
数码管显示e Y4
数码管显示f Y5
数码管显示g Y6
蜂鸣器Y10
抢答1显示Y11 抢答2显示Y12 抢答3显示Y13 抢答4显示Y14 抢答5显示Y15 抢答6显示Y16
七段译码管显示器如图所示
图4-1 七段译码管显示器
a
b
c
d
e
f
g
其中显示器a、b、c、d、e、f亮显示数字0；b、c亮显示数字1；a、b、d、e、g亮显示数字2；a、b、c、d、g亮显示数字3；b、c、f、g亮显示数字4；
a、c、d、f、g亮显示数字5；a、c、d、e、f、g亮显示数字6。
辅助继电器：M0、M10、M11
4.2程序设计
方案一、功能指令设计
在主持人按下开始按钮x0时就进入了各队抢答的程序，主持人按下X0按钮时对LED显示各队指示灯复位。在按下X0调用程序时，采用M10自锁,在程序设计中，主要考虑用LED显示各队的队号，这里采用由PLC编制程序进行译码，来控制a-g段。
主持人按下开始（复位）按钮后LED的abcdef段点亮显示数字0，表示开始抢答。假如参赛选手“1”号先抢答，需要
将LED的bc段点亮，其对应的数字编码见表1-4显示数字“1”对应的编码应该是十六进制数H06或十进制的K3 ,这里采用十六进制数更为方便。
采用MOV指令将H06送到K2Y0中显示驱动相应段发光二极管点亮显示对应的数字，其余参赛选手的对号显示于此类似，由于抢答要求一旦一人先抢答其余各队参赛选手再抢答无效，这里采用边沿触发指令通过控制辅助继电器M11来控制辅助继电器M10的接通与断开。从而实现一个抢答成功，其余的抢答无效的功能。
抢答器的传送数据
显示数字十六进制g f e d c b a
1 H06 0 0 0 0 1 1 0
2 H5B 1 0 1 1 0 1 1
3 H4F 1 0 0 1 1 1 1
4 H66 1 1 0 0 1 1 0
5 H6D 1 1 0 1 1 0 1
6 HDD 1 1 1 1 1 0 1
0 H3F 0 1 1 1 1 1 1