河南工业职业技术学院Henan Polytechnic Institute
毕业设计（论文）
题目：基于PLC四路抢答器的设计
班级：机电
姓名：
指导教师：
摘要
近年来随着科技的飞速发展， PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。
本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制的四路智力抢答器进行控制。首先，设计这个题目之前，应该对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能及在工作过程中可能出现的各种问题。这次设计考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需要7个，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点，因此，我决定选用SIMATIC S7-200系列的CPU226和数字量扩展模块EM223（DI16/DO16）作为本次设计。S7-200系列的CPU226具有方便灵活，维护使用方便等特点。
关键词：智力控制，四路抢答器，PLC，SIMATIC，S7-200
目录
第一章 PLC四路抢答器的介绍 (1)
1.1 PLC抢答器概述 (1)
1.2四路抢答器工作原理 (1)
第二章PLC概述 (2)
2.1 PLC的定义、组成及特点 (2)
2.1.1 PLC的发展及定义 (2)
2.1.2 PLC的基本结构 (4)
2.1.3 PLC的特点 (7)
2.2 PLC工作原理 (8)
2.2.1循环扫描的特点 (8)
2.2.2 PLC中的存储器 (9)
2.3 PLC的编程语言 (9)
2.4 PLC的分类及性能指标 (9)
2.4.1按I/O点数容量分类 (9)
2.4.2按结构形式分 (10)
2.4.3 PLC的性能指标 (10)
第三章系统硬件设计 (11)
3.1整体设计 (11)
3.2控制系统选取 (11)
3.3控制系统的硬件 (12)
3.4系统控制要求 (13)
3.5控制系统I/O分配表 (14)
3.6系统硬件连接图 (18)
第四章系统软件设计 (19)
4.1软件分步设计 (19)
4.2 PLC梯形图控制程序 (24)
5.1 程序的模拟运行 (28)
5.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍 (28)
5.3程序的现场调试及监控 (31)
致谢 (33)
参考文献 (34)
第一章 PLC四路抢答器的介绍
1.1 PLC抢答器概述
抢答器是各类电视知识竞赛中广泛使用的一种设备，该设备在操作过程中方便简单，以前举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。抢答器分为好多种，无论是四组、六组、八组……不管那种产品都是为了公平和简单，并且在造价上也比较合理。在操作的过程中能够及时和准确的反应选手抢答的情况。应用抢答器代替以前的举手答题，显得更人性化，更灵活。
其产品特点：
1、设备连接简洁明晰，设备操作无需技术培训。
2、造价低，使用方便。
3、灵敏度高，维护方便等。
1.2四路抢答器工作原理
我以四路抢答器为例，供4组选手参加比赛选手参赛，在主持人那里有三个按钮（开始、复位、答题计时开始）每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数码管1就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持续3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应。选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S）。若30S时限时到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路3发出声响，以示选手放弃该题。在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号。
第二章PLC概述
2.1 PLC的定义、组成及特点
2.1.1 PLC的发展及定义
PLC 是在继电器控制技术、计算机技术和现代通信技术的基础上逐步发展起来的一项先进的控制技术。在现代工业发展中 PLC 技术、CAD/CAM 技术和机器人技术并称为现代工业自动化的三大支柱。它主要以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出(I/O)来控制各种生产过程。20世纪60年代以前，用以对工业生产进行自动控制的装置是继电器-接触器控制系统。这种系统存在一些缺陷，如，系统的能耗较多；工艺流程的更新需要大量的人力物力；因系统是通过各种硬件接线的逻辑控制来实现系统的运行，导致机械触点较多，系统运行的可靠性较差等。到了 60 年代以后，美国汽车制造业为适应市场需求不断更新汽车型号，要求及时改变相应的加工生产线。而汽车生产流水线基本上都是采用传统的继电器--接触器控制，所以整个系统就必须重新设计和配置。汽车生产流水线的更换越来越频繁，原有的继电器--接触器控制系统就经常需要重新设计安装，这不但造成极大的浪费，而且新系统的接线也非常费时，从而延长了汽车的设计生产周期。在这种情况下，采用传统的继电器接触器控制就显出许多不足。
1968 年美国 General Motors(GM)公司首次公开招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出了著名的 10 项招标指标，即著名的“GM十条”
(1) 编程简单，可在现场修改程序。
(2) 系统的维护方便，采用插件式结构。
(3) 体积小于继电器控制柜。
(4) 可靠性高于继电器控制柜。
(5) 成本较低，在市场上可以与继电器控制柜竞争。
(6) 可将数据直接送入计算机。
(7) 可直接用交流 115V 输入(注：美国电网电压是 110V)。
(8) 输出采用交流 115V，可以直接驱动电磁阀、交流接触器等。
(9) 通用性强，扩展方便。
(10) 程序可以存储，存储器容量可以扩展到 4 KB。
如果说电子技术和电器控制技术是可编程逻辑控制器出现的物质基础，“GM 十条”就是可编程逻辑控制器出现的技术要求基础，也是当今 PLC 的最基本的功能。
1969年美国数字设备公司(DEC)根据这10项技术指标的要求研制出了第一台可编程逻辑控制器——PDP-14，并成功地应用在 GM 公司的生产线上。第一台 PLC 采用计算机的初级语言编写应用程序，其 CPU 采用中、小规模集成电路组成，以逻辑运算为主，它实质上是一台专用的逻辑控制计算机。1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。
1973 年，欧洲一些国家也生产出自己的 PLC。1974 年，我国开始了 PLC 技术的研究，并在 1977 年研制出第一台具有实用价值的 PLC。在这一时期，PLC 主要是用于顺序控制。随着半导体技术，尤其是微型计算机技术的发展，到了 20 世纪 70 年代中期以后，PLC 广泛采用微处理器作为中央处理器，并且在外围的输入/输出(I/O)电路中逐渐使用了大规模和超大规模的集成电路，这时的 PLC 已经不仅仅具有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和通信联网功能。虽然美国电气制造商协会(NEMA)将其正式命名为可编程控制器(Programmeble Controuer，PC)，但由于近年来 PC 又可表示为个人计算机(Personal Computer)，为了加以区别，人们常把可编程控制器称为 PLC。
1987 年国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器（PLC）标准草案中对 PLC 作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。
PLC发展至今大体经历了 3个主要阶段：
(1)从 20 世纪 60 年代 PLC 产生到 70 年代，占支配地位的 PLC 技术是处在序列发生器状态机(sequencer state machines)和基于 CPU 的位片(bit-slice)技术之间。AMD 2902和2903 在施奈德公司的 Modicon 和 Rockwel(公司的)A-B PLC 中非常流行。传统的微处理器主要用于小型的 PLC，但缺乏快速处理的能力。 PLC 的主要功能基本局限在逻辑控制阶段,各个生产公司都是以单机为主发展硬件技术，为各类继电器--接触器控制系统设计开发各种基本型号和具有基本逻辑控制功能的PLC。
(2) 1973 年，PLC 具有了通信能力，PLC 之间可以进行相互对话，使得它们可以远离工业控制现场。PLC 之间也可以发送和接收各种电平，从而进入模拟控制的世界。但由于缺乏统一的标准，使得协议和物理网络均无法兼容，在某种程度上影响了PLC 的通信联网能力。到了 80 年代末期，随着工业电器自动化程度的不断提高，在
开发研制 PLC 单机功能的同时，还着重加强了软件技术的开发，提高 PLC 的联网和通信功能，并且许多公司还加强了特殊功能模块的研制。
(3)20 世纪 90 年代以来，由于大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，同时为了适应计算机集成制造系统(CIMS)和现代网络技术，PLC 由单 CPU 转向多 CPU，16 位和 32位微处理器被大量应用于PLC中，使其运算速度、通信联网、图像显示和数据处理功能都大大增强。同时随着通信联网技术的发展，新通信协议断产生。最新的标准(IEC 1131-3)已经尽量将 PLC 编程语言融合为一个国际标准。现在，我们可以同时使用功能模块图(function block diagram)、指令表(instruction list)、梯形图(ladder diagram)和结构化文本(structured text)等对 PLC 进行编程。在现代工业控制系统中，PLC 已经真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理和联网通信等功能的多功能控制器。
2.1.2 PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如下图2.1所示。
图2.1 PLC硬件结构
1、中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。
2、存储器（Memory）
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
(一) PLC 常用的存储器类型
RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
(二) PLC 存储空间的分配
虽然各种PLC 的CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：
系统程序存储区；系统RAM 存储区(包括I/O映像区和系统软设备等)；用户程序存储区。
①系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC 的性能。
②系统RAM 存储区
系统RAM存储区包括I/O 映像区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。
③用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC 其存储容量各不相同。
总之可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。
3、基本I/O接口电路
（一）输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1～15ms之间。多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入。
（二）输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。
在继电器式输出中，CPU可以根据程序执行的结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，通过继电器闭合的触点，由外部电源驱动交、直流负载。优点是过载能力强，交、直流负载皆宜。但存在动作速度较慢，且为有触点系统，使用寿命有限等问题。
双向晶闸管和晶体管输出型输出分别具有驱动交、直流负载的能力。晶闸管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双向晶闸管通断，可以驱动交流负载；晶体管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双晶体管通断，驱动直流负载。优点是两者均为无触点开关系统，不存在电弧现象，而且开关速度快，缺点是半导体器件的过载能力差。以上列举了六类输入和输出电路形式，各类PLC产品的输入、输出电路结构形式均有所不同，但光耦隔离及阻容滤波等抗干扰措施是相似的。
根据输入、输出电路的结构形式不同，I/O借口又可以分为开关量I/O和模拟量I/O两大类。其中模拟量I/O要经过A/D，D/A转换电路的处理，转换成计算机系统所能识别的数字信号，在整体机构的PLC中，有开关量的交，直流I/O模块，和模拟量I/O模块及各种智能I/O模块可供选择。PLC输入电路和输出电路各种不同结构形式能够适应各不同负载的要求。
4、接口电路
PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类
（一）I/O扩接口电路
I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。
（二）外设通信接口电路
通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。
5、电源
PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。
2.1.3 PLC的特点
1、软硬件功能强
PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计数器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等功能。PLC不仅可进行逻辑运算，算术运算，数据转换以及顺序控制，还可实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输入输出系统。PLC能够适应各种形式的开关量和模拟量的输入控制、输出控制，还可以和其他计算机系统、控制设备共同组成分布式控制系统，实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。PLC的编程语言丰富，它可以分为梯形图语言、逻辑功能语言、指令表、和顺序功能四种。特别是梯形图语言，它直观、方便，我们只要有了通常的继电接触器电路图、逻辑图或逻辑方程，就等于它有了PLC系统的用户程序，很适合电器工程技术人员操作和使用。
2、编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
3、使用维护方便
PLC不需要像用计算机控制那样在输入输出接口上做大量的工作。PLC的输入接口和输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连的接口。如输入借口可以与各种开关、传感器连接；输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继
电器、接触器、电磁阀等连接。不论是输入接口或输出接口，使用都很简单。PLC具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC的远行状态进行监控。
4、运行稳定可靠
由于PLC采用了微电子技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，同时还采用了屏蔽，滤波，隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在2万小时以上。特别是在制造工艺上加强了抗干扰措施，例如输入输出都采用光电隔离，能有效的隔离PLC内部电路与输入输出电路之间的联系，从而避免了有输入输出通道串入的干扰信号引起的误动作。PLC还采用屏蔽，输入延时滤波等软、硬件措施，有效的防止空间电磁干扰，特别多高频传导干扰信号具有良好的抑制作用。所以这一切措施，都有效的保证了PLC在恶劣的工作环境下能正常地远行。
5、组织灵活
可编程控制器品种很多,小型PLC为整体结构，并外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专有功能模块（开关量、模拟量输入/输出模块、位控模块、伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。外部控制电路虽然仍为硬接线系统，但当受控对象的控制要求改变时，可以在线使用编程器进行修改用户程序来满足新的控制要求，最大限度地缩短工艺更新所需要的时间。
2.2 PLC工作原理
2.2.1循环扫描的特点
1、输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。
2、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。
3、对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。
4、各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是PLC的主要缺点。
在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器。
2.2.2 PLC中的存储器
PLC中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器。
1、用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。
2、用来存储工作数据的区域称为工作数据区。
3、系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的PLC的指令的系统编写的系统程序，它决定了PLC的功能，用户不能更改其内容。
2.3 PLC的编程语言
PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图等。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。
梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。梯形图按逻辑关系分为“梯级”或网络。
如图2.2所示是用PLC控制的梯形图程序，可完成与继电器控制的电动机直接起、停（起、保、停）继电器控制电路图相同的功能。
图2.2PLC控制的梯形图程序
2.4 PLC的分类及性能指标
2.4.1按I/O点数容量分类
1、小型机（I/O点数小于256点）
典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列。
2、中型机（I/O点数在256—1024之间）
典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。
3、大型机（I/O点数在1024点以上）
典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列。2.4.2按结构形式分
根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。
1、整体式结构
微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200。
2、模块式结构
目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。
2.4.3 PLC的性能指标
1、I/O点数
I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可以连接的I/O 器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。
2、存储容量
这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB～2MB。
3、扫描速度
扫描速度是指PLC执行程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的稳合程度。可编程控制器采用循环扫描的工作方式。
4、指令系统
它是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。
5、通信功能
通信有PLC之间的通信和PLC与计算机或其它设备之间的通信。主要涉及通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。
6、扩展能力
扩展能力包括I/O点数的扩展和PLC功能的扩展两方面的内容。
7、特殊功能单元
特殊功能单元种类多，也可以说PLC的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、
模糊控制连网等功能。
第三章系统硬件设计
3.1整体设计
根据抢答器的控制要求，应用程序采用模块化结构，由主程序构成。抢答器的操作控制系统为手动操作运行系统。手动操作运行系统是为了抢答器能够有及时性和准确性；在使用时，用户只需在操作面板上选择相应的按钮按下，就会实现相应的功能。控制软件应用SIEMENS编程软件，采用梯形图语言编写。根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的准确，保证整个系统的运行可靠。当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。整体设计工作流程图如图3.1所示。
图3.1 工作流程图
3.2控制系统选取
抢答器使用时涉及到准确性和及时性，而且使用的环境非常严谨，所以，对设备
的可靠性要求很高。为此，我们将采用的控制系统进行全面的分析对比。可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入, 输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：
1、可靠性高：由于可编程控制器的输入, 输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在要求较高环境下可靠工作。
2、体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。
3、通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU 模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性。
4、使用方便：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入、输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。基于可编程控制器（PLC）的上述优点能够适应和满足抢答器高性能的使用要求，所以我确定该抢答器控制系统为PLC(西门子S7-200系列)。
S7-200系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。由于其具有极高的性价比，在以下几方面都有优越的表现：极高的可靠性、程序易于掌握，实时特性功能、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富的扩展功能。抢答器的各路检测均为数字量，四路抢答器系统用西门子S7-200系列就完全可以满足系统方面的要求。
3.3控制系统的硬件
组成抢答器的硬件系统由西门子S7--200PLC、LED显示器音响、主持人操作、键盘及按钮组成，示意图如3.2所示。
图3.2 控制系统示意
3.4系统控制要求
1、抢答器可同时供4组选手参加比赛。
2、给主持人设置三个控制按钮，用来控制抢答的开始、复位、答题计时开始。
3、每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数码管1就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持续3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应。选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。
4、违规抢答：若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。
5、抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器开始计时（设定30S）。若30S 时限时到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路发出声响，以示选手放弃该题。
6、答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号。
3.5控制系统I/O分配表
一、PLC四路抢答器控制系统的输入端口如表3.1所示。
表3.1 输入信号对照表
二、PLC四路抢答器控制系统的输出端口如表3.2所示。
表3.2 输出端口
3.6系统硬件连接图
根据系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计7点，输出点总计25点。综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性，输入、输出点留出一定的富裕量，因此PLC选择SIEMENS的S7-200系列的CPU226继电器输出型和数字量扩展模EM223
（DI16/DO16）。输入、输出端子电气接线图如下图3.3所示。
四人智能抢答器设计报告
目录 摘要---------------------------------------------------------------------------3前言---------------------------------------------------------------------------4第一章设计要求----------------------------------------------------------5 1.1设计任务-------------------------------------------------------------5 1.2基本要求-------------------------------------------------------------5 1.3选用器材-------------------------------------------------------------5 第二章系统工作原理------------------------------------------6 2.1系统的工作原理-----------------------------------------------------6 第三章电路设计--------------------------------------------------------------7 3.1方案的选择-----------------------------------------------------------7 3.1.1方案一----------------------------------------------------------7 3.1.2方案二----------------------------------------------------------7 3.1.3确定方案-------------------------------------------------------7 3.2单元电路设计--------------------------------------------------------8 3.2.1以锁存器为中心的编码显示电路----------------------------------------------8 3.2.2倒计时显示电路的设计---------------------------------------------8 3.2.3报警电路的设计---------------------------------------------9 3.2.4脉冲产生电路的设计----------------------------------------------10 3.3整体电路--------------------------------------------------------10 3.4 555多谐振荡器的脉冲波形图--------------------------------------------------------11 3.5电路元件选择--------------------------------------------------------12 第四章电路实验与调试---------------------------------------------------13 4.1焊接--------------------------------------------------------------------13 4.2调试中出现的问题及解决-----------------------------------------13 4.3P C B板图--------------------------------------------------------14 4.4焊接的实物图--------------------------------------------------------14 第五章设计总结-----------------------------------------------------------15 参考文献-----------------------------------------------------------15
课题名称：数显抢答器的设计
数字电子课程设计任务书
目录 1绪论 1.1 摘要 (4) 1.1 设计题目：抢答器电路设计 (4) 1.2 设计任务和要求 (4) 1.3 方案比较 (4) 2系统总体方案及硬件设计 (5) 2.1 系统总体方案 (5) 2.2 硬件设计 (6) 3软件设计 (12) 3.1 单元电路设计 (12) 3.1.1 抢答电路 (12) 3.1.2 定时电路 (14) 3.1.3 报警电路 (15) 3.1.4 时序控制电路 (15) 4课程设计体会 (17) 5参考文献 (18)
摘要 随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合要求有快速公正的竞争裁决，例如证券、股票交易及各种智力竞赛等。在现代社会生活中，智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。一般抢答器由很多门电路组成，线路复杂，可靠性低，特别是抢答路数增多时，实现起来更加困难。本文介绍了一种利用数字电路实现的抢答系统，具有很强的实用性。 数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为3秒。当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器显示通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止；如果定时抢答的时间已到，而没有选手抢答时，本次抢答无效，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示0并闪烁。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。
plc控制四路抢答器课程设计 市场上有许许多多种抢答器，但功能却各不相同，电路也形形色色，而所选元件也各不相同。笔者设计了一款用plc 控制的抢答器，该抢答器集抢答、声音警示、灯光指示和计时于一身，借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，选用的是（OMRON）生产的C20p型PLC设计制作了四路抢答器，该设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。 1、系统工作原理 1．1控制要求 （1）竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮； （2）绿色指示灯亮后，须等主持人按下复位按钮PB5后，指示灯才熄灭； （3）如果竞赛者在主持人打开SW1开关10 s内抢先按下按钮，电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会； （4）如果在主持人打开SW1开关10 s内无人抢答，则必须有声音警示，同时红色指示灯亮，以示竞赛者放弃该题； （5）在竞赛者抢答成功后，应限定一定的时间回答问题，根据题目难易可设定时间（如2 min）；
（6）当主持人打开SW2开关后记时开始，如果竞赛者在回答问题时超出设定时限，则红色指示灯亮并伴有声音提示，竞赛者停止回答问题。 1．2选定输入、输出设备 输入设备输入端子号 抢答按钮PB110000 抢答按钮PB12 0001 抢答按钮PB21 0002抢答按钮PB22 0003 抢答按钮PB31 0004 抢答按钮PB32 0005 抢答按钮PB41 0006 抢答按钮PB42 0007 复位按钮PB5 0008 选择开关SW1 0009 限时开关SW2 0010 输出设备输出端子号 绿色指示灯L1输出0500 绿色指示灯L2输出0501 绿色指示灯L3输出0502 绿色指示灯L4输出0503 红色指示灯L5输出0504 红色指示灯L6输出0505
目录 摘要 (2) 1 绪论 (3) 2 方案选择和论证 (4) 2.1抢答器显示模块 (4) 2.2控制器模块 (4) 2.3电源方案的选择 (5) 2.4键盘的选择 (5) 2.5模块的最终方案 (7) 3 硬件电路设计 (7) 3.1AT89S52单片机介绍 (7) 3.2．基于AT89S52单片机八路抢答器的硬件设计 (10) 3.2.1系统整体方案的设计 (10) 3.2.2 系统硬件组成 (10) 3.2.3复位电路设计 (11) 3.2.4外部晶振时钟电路设计 (12) 3.2.5 键盘及读数原理 (13) 3.2.6 显示模块电路设计 (13) 3.2.7蜂鸣器报警电路设计 (14) 4 抢答器的软件设计 (15) 4.1数码显示软件设计 (17) 4.2定时器中断软件设计 (17) 5 电路的调试 (18) 5.1电路模块调试 (18) 5.2软件调试的基本方法 (18) 5.3软件调试问题分析 (19) 致谢 (19) 参考文献 (19) 附件1：硬件电路原理图 (21) 附件2：源程序代码 (21)
摘要 电子智能抢答器在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本设计使用AT89S52单片机来设计智能抢答器，组数可以在八组以内任意使用。并且具有倒计时和报警功能。利用AT89S52单片机对信号进行锁存、显示等功能。分别从硬件和软件两方面阐述了该控制系统的设计方法,并经过调试和运行使该系统达到预期目标,具有反应快、功能齐全、实用性强的特点。 关键词：AT89S52 显示抢答 Answer based on single-chip smart system Abstract：E-Smart Answer Answer points in the process, in order to know which group or which one's first answer, it is necessary to design a system to accomplish this task. If the Answer, by relying on the visual is very difficult to determine which group to answer. The use of single-chip microcomputer system designed to Answer, and for bringing the above to resolve this problem, even if the time difference between the two groups of Answer a few microseconds, but also tell which set of priority questions. The single-chip design AT89S52 Answer intelligent design, and group number can be less than the arbitrary use of six groups. And has a countdown and time settings and alarm function. The use of single-chip AT89S52 latch signals, indicating functions. Hardware and software from both sides of the control system design method, and after commissioning and operation of the system to achieve the desired goal, with a quick, functional and practical features. Key words: AT89S52 show Answer
摘要 现代生活中，数字电路产品与我们接触的是越来越平凡了，包括计算机、电子表、智能仪器表及其它很多领域中，它给我们带来的不仅是工作上的方便，而且也给我们的生活娱乐添滋加彩。这次EDA课程设计中，我做的是四人抢答器，基于设计要求，本文主要是从锁存器及计数器功能和VHDL语言着手，但侧重点在用VHDL语言上。首先简单介绍一下数字电路、EDA、VHDL等的有关知识，其次介绍了一下设计要求和我的设计构想，再运用VHDL语言特点，写出程序代码，最后是一些总结和抢答器部分实验电路图与倒计时设计的电路图和用MAX+PLUSII软件仿真的结果部分图附录等部分。 关键词：置位；复位；锁存；计数器；七段显示器；MAX+PLUSII；译码器 目录 摘要： (1) 引言: (2) 一、设计任务及要求: (2) 二、题目分析与整体构思: (2) 三、VHDL程序设计: (3) 四、心得体会及模型评价与推广: (5) 附录: (6) 参考文献: (10)
引言 数字电路主要是基于两个信号（我们可以简单的说是有电压和无电压），用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路我们称之为数字电路，它具有逻辑运算和逻辑处理等功能，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。 EDA技术又称电子设计自动化，它是为解决自动控制系统设计而提出的，从70年代经历了计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程（CAE），电子系统设计自动化（ESDA）3个阶段。前两个阶段的EDA产品都只是个别或部分的解决了电子产品设计中的工程问题；第三代EDA工具根据工程设计中的瓶颈和矛盾对设计数据库实现了统一管理，并提出了并行设计环境概念，提供了独立于工艺和厂家的系统级的设计工具。 VHDL（VERY HIGH SPEED INTEGRA TED CIRCUIT HARDW ARE DESCRIPTION LANGUAGE）语言最早是有美国国防部提出的，它支持行为领域和结构领域的硬件描述，并且可以从最抽象的系统级一直到最精确的逻辑级，在描述数字系统时，可以使用前后一致的语义和语法跨越多个层次，并且使用跨越多个级别的混合描述模拟该系统。因此，它可以由高层次行为描述子系统及低层次详细实现子系统所组成的系统模拟。它有两个版本IEEEStd1076-1987[LRM87]和IEEEStd1076-1993[LRM93]，他们并不完全兼容，但做一些修改就可以兼容了。 许多公司都为VHDL开发出了编译和仿真软件，其中Max+plusII(或写成Maxplus2,或MP2) 是Altera公司推出的的第三代PLD开发系统(Altera第四代PLD开发系统被称为：QuartusII，主要用于设计新器件和大规模CPLD/FPGA).使用MAX+PLUSII的设计者不需精通器件内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描述语言）建立设计，MAX+PLUSII把这些设计转自动换成最终所需的格式。其设计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用MAX+PLUSII，从设计输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般在数分钟内内完成。特别是在原理图输入等方面。 一、设计任务及要求： 本设计要求做一个四人抢答器，并要求当有某一参赛者首先按下抢答开关时，相应 显示灯亮并报警，此时抢答器不再接受其他输入信号。电路具有回答问题时间控制功能。要求回答问题时间小于等于100s（显示0-99），时间采用倒计时方式。当到达限定时间，发出警告。 二、题目分析与整体构思： 对于一个四人抢答器，四个选手在电路中的起始控制作用是一样的，当裁判员宣布开始抢答时，谁先按下他前面的控制开关，他的灯就会亮，而且这时其他人再怎么按，也就不会亮了，说明每个人对其他人都有一个先发制人的作用，及每个人都在时间控制下，能锁存住其他选手的功能。当有一个指示灯亮了，计数器就开始从99开始倒计时，到0时还要警告声，这样计数器开始工作就是在指示灯的指示下工作。 可以设四个人分别为输入端A，B，C，D；因为四个输入端在VHDL中，要求四个输入端
四 路 抢 答 器 设 计 实 验 报 告 信息科学技术学院自动化*班 ****
四路抢答器设计实验报告 一、设计任务： 1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能 力。 2、养成根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。 3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、 调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行 数字电子电路实验的基本技能。 二、技术指标 抢答器是一种具有优先输出的电子电路。它的基本功能是，在四组参赛的情况下，首先抢答者发出抢答信号，此时其他参赛组的抢答电路即失去控制作用。在优先抢答者解除抢答信号后，电路才自动恢复到各组又可均等抢答的状态中。 1、设计一个可供4人进行的抢答器。 2、系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答。
3、抢答器开始时数码管无显示，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，同时发出音响。并且不出现其他抢答者的序号，这样其它选手无法再抢答，达到抢答目的。 4、抢答器具有定时抢答功能，本抢答器的时间设定为10秒，当主持人启动“开始”开关后，定时器开始减计。 5、设定的抢答时间，选手可以抢答，这时定时器开始工作，显示器上显示选手 的和抢答时间。并保持到主持人按复位键。 6、当设定的时间一到，而无人抢答时，本题报废，选手们无法再抢答，同时扬 声器报警发出声音，定时器上显示0。 三、元件清单：
四路抢答器的设计 （完整规范） 专业名称：应用电子技术学生姓名： 导师姓名：### 职称 机电工程学院
2012年月 设计题目: 基于PLC四路抢答器的设计 设计要求: 1. 抢答器可同时供四组选手参加比赛 2. 主持人有三个控制按钮，用来控制抢答开始、复位和答题计时的开始。 3．每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数码管1就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持续3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应。选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。 4．违规抢答：若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。 5．抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S）。若30S时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路3发出声响，以示选手放弃该题。 6．答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号 设计进度要求: 第一、二周：确定题目,查阅资料，根据要求分析抢答器的设计、工作原理。 第三、四周：根据工作原理画流程图并编译梯形图，并进行硬件设计。 第五、六周：对软件设计，进行上机调试,找出问题,进行修改,并改进设计。 第七、八周：撰写论文,毕业答辩。 指导教师（签名）
摘要 近年来随着科技的飞速发展， PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。 本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制的四路智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需要7个，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点，因此，我决定选用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。具有方便灵活，维护使用方便等特点。 关键词：智力控制，四路抢答器， PLC
目录 第一章前言 (1) 第二章总体方案设计与要求 (2) 2. 1 设计的任务及要求 (2) 2．2 设计方案论证 (2) 2.2．1 控制案芯片的方案选择 (2) 2.2．2 显示部分的方案选择 (3) 第三章系统硬件的设计 (4) 3.1时钟频率电路的设计 (4) 3.2复位电路的设计 (5) 3.3显示电路的设计 (5) 3.4键盘扫描电路的设计 (6) 3.5发声电路 (7) 第四章系统软件的设计 (8) 4.1软件电路设计 (8) 4.2程序功能流程图 (9) 第五章软硬件综合调试 (10) 5.1软件仿真 (10) 5.1.1 Keil uVsion2软件仿真 (11) 5.1.2 Protues 7 professional软件仿真 (12) 5.2 软件仿真过程说明 (13) 5.3心得体会与结果 (13) 总结 (15) 致谢 (16) 附件 (17) （1）课程设计图纸 (17) （2）元件清单 (18) （3）实物照片 (19) （4）程序清单 (20) 参考文献 (30)
摘要 本设计是以八路抢答为基本理念。本设计先做拉仿真，然后开始具体电路制作。考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。 关键词： AT89C51；抢答器；计时器；
毕业设计设计任务书 设计题目: 基于PLC四路抢答器的设计 设计要求: 1. 抢答器可同时供四组选手参加比赛 2. 主持人有三个控制按钮，用来控制抢答开始、复位和答题计时的开始。 3．每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数码管1就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持续3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应。选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。 4．违规抢答：若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。 5．抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S）。若30S时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路3发出声响，以示选手放弃该题。 6．答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号 设计进度要求: 第一、二周：确定题目,查阅资料，根据要求分析抢答器的设计、工作原理。 第三、四周：根据工作原理画流程图并编译梯形图，并进行硬件设计。 第五、六周：对软件设计，进行上机调试,找出问题,进行修改,并改进设计。 第七、八周：撰写论文,毕业答辩。 指导教师（签名）
摘要 近年来随着科技的飞速发展， PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。 本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制的四路智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需要7个，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点，因此，我决定选用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。具有方便灵活，维护使用方便等特点。 关键词：智力控制，四路抢答器， PLC
摘要 抢答器广泛应用在学习生活及电视节目中。目前，市面上抢答器的控制核心部件主要有四种类型：数字电路、接触器、单片机和可编程逻辑控制器（PLC）。PLC具有结构简单、编程容易、改变控制要求只需要相应地改变程序等优点。目前，很多的抢答器设计仅仅基于抢答的控制，本研究利用基本指令编程设计，不仅实现了抢答的控制，而且还可在各台LED显示器上显示出相应的台号。 关键词:可编程控制器抢答器 PLC
目录 第一章设计选题及目的 (3) 1.1 设计选题 (3) 1.2 系统设计思想............................... 错误!未定义书签。第二章抢答器的系统设计.......................... 错误!未定义书签。 2.1 硬件选择..................................... 错误!未定义书签。 2.2抢答器控制系统I/O分配地址.................... 错误!未定义书签。 2.3抢答器PLC控制系统外部接线图.................. 错误!未定义书签。 2.4抢答器系统控制流程图.......................... 错误!未定义书签。 2.5控制系统的程序设计............................ 错误!未定义书签。参考文献.. (5) 致谢 (6)
第一章设计选题及目的 1.1 设计选题 设计选题：四路抢答器的PLC控制电路的设计。 控制要求：1.要求：（1）竞赛抢答器能使4个队同时参加抢答。（2）设裁判队为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有音响和裁判台灯，并设有裁判台开始按钮SB0和裁判台复位按钮SB5;参赛台设有参赛台按钮及参赛台灯，1-4号参赛台分别对应按钮SB1-SB4及参赛台灯EL1-EL4。（3）只是竞赛抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢答必须在裁判员说出“开始”并按下裁判台开始按钮SB0后15S抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器将发出“违规”信号。15S时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，则抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时显示，并由数码管显示出抢到题的参赛队号。抢到题的队必须在30S答完题，如30S未答完，则作超时处理。赛场还设有时间数码显示器和显示抢到答题队号的数码显示器。 （4）灯光与音响信号的意义： 音响叫（响1S）+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。 音响叫（响1S）+某台灯亮+总台灯亮，某参赛队违规。 音响叫（响1S）+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。 （5）在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的复位按钮SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。抢答器示意图如图1所示。 图1 抢答器示意图 1.2系统设计思想
无线抢答器设计 无线抢答器的设计 摘要 当代社会知识竞赛举办频繁，抢答器的使用也比较多。普通抢答器，在显示方面还存在不足，个人原因占据大部分，在竞赛活动中无法保证公平。所以针对这类现象采用
了无线抢答器。无线抢答器系统采用无线传输模块，连接选手电路和主持人电路。无线抢答器功能强大，可以根据比赛的要求显示抢答时倒计时，选手的分数，显示该题的分数。这样就可以保证比赛的公平和公正。一套标准无线抢答系统就可以为不同的比赛提供从抢答、评分、计时到屏幕显示分数、统计分数等功能。普通抢答器在活动现场安装比较复杂，而无线抢答器就比较方便，省去了布线的麻烦。举办方选用无线抢答器可以更大的节约成本，优化流程，减少失误，为活动带来更大的影响力。 关键词：无线抢答器无线传输模块倒计时 Abstract In today's society,knowledge contest activities are more and more frequent.So the demand of Answer will become increasingly common. Answer devices such as ordinary, on display are still insufficient, individual reason occupies the majority,in the competition activities cannot assure fair. So for this phenomenon,we can use answer wireless device. Answer wireless device use wireless transmission module, links player circuit and host circuit.Answer wireless device is very good, it can according to match requirements display answer in the countdown, the players' scores, showed that the topic the scores . This would ensure fairness and justice of the match. A set of standard wireless answering system can provide for different matches from vies to answer first, score, timing to screen scores, statistical scores etc. Function. Answer devices such as ordinary,in the active site installation is more complex, and the wireless answer device is more convenient,reduce the wiring of trouble. Host machine can choose wireless answer device can more cost savings, optimize the process, reduce mistakes for activities to bring greater influence. Keywords：Answer wireless device Wireless transmission module Count down 目录 第一章绪论 .......................................................... - 1 -
菏泽学院蒋震机电工程学院 菏泽学院本科生课程设计（论文）任务书 设计（论文）题目儿童教授对决赛抢答器 院、系专业蒋震机电工程学院自动化学生姓名门学明学号 201017165 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 指导教师姓名侯建华职称副教授 注：1. 任务书由指导老师填写. 2. 任务书必须在第七学期第13周前下达给学生
目录 课程设计任务书 (1) 儿童、教授对决赛抢答器 (2) 摘要 (2) 关键词 (2) Children，Professor finals Responde (2) ABSTRACT (2) Key words (2) 1课程设计目的 (3) 1.1 课程设计使用的仪器和器件 (3) 1.1.1 定时器 (4) 1.1.2 三极管 (5) 1.2 PLC的简介…………………………………………………………………… 1.3 PLC的特点……………………………………………………………………… 2 课程设计方法和内容 (7) 2.1 封锁电路 (7) 2.2 定时电路 (9) 2.3 报警电路 (10) 2.4.程序源代码 (13) 3 儿童、教授对决赛抢答器总电路图………………………………………… 4 系统功能调试………………………………………………………………… 5 参考文献 (16)
儿童、教授对决赛抢答器 自动化专业学生门学明 指导教师侯建华 摘要： 抢答器是在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观的判断出抢答者的机器。通过抢答者所处位置的指示灯显示、语音提醒、数字显示、警示显示等手段筛选出抢答违规者或一个抢答成功者。此设计一个抢答器，在抢答比赛中，儿童二人参赛且其中任一人按钮可抢得，学生一人组队。教授二人参加比赛且二人同时按钮才能抢得。主持人宣布开始后方可按抢答按钮。主持人台设复位按钮，抢得及违例由各分台灯指示。有人抢得时有幸运彩球转动，违例时有警报声。 关键词：封锁电路定时电路三极管 Children，Professor finals Responder Student majoring in Automation majormenxueming Tutor houjianhua ABSTRACT： Responder is a knowledge contest, sports and entertainment activities (Responder activities) in an accurate, fair and intuitive determine the answer in those machines. Answer by location through the lights display, voice reminders, digital display, warning display and other illegal means to filter out the answer or an answer winner. The design of a responder responder, in the game, children two contestants and any button can have a team of people, students. Professor two people to participate in the competition and the two people at the same time button to grab. The moderator announced before by the answer button. The host set reset button, grab and violation by the lamp indicator. Some people have a lucky ball rotation, violation when the sirens酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 Key words：Blocking circuit Timing circuit Transistor
浙江大学《数字电子技术》课程设计 题目八路抢答器 学生姓名 专业班级11级通信工程2班 学号2011510 院（系）信息工程学院 指导教师邓国辉 完成时间2013年11月26日
目录 1 课程设计的目的 (1) 2 课程设计的任务与要求 (1) 3设计方案与论证 (1) 4设计原理与功能说明 (2) 4.1主要元器件选用及原理 (2) 4.2八路抢答器的原理方框图 (4) 5单元电路设计 (5) 5.1CD4511单元控制电路 (5) 5.2数码显示单元电路 (7) 5.3由555定时器控制的报警单元电路 (7) 6硬件的制作与调试 (8) 7总结 (9) 参考文献 (10) 附录1：总体电路原理图 (11) 附录2：CD4511真值表 (12)
附录3：元器件清单 (13)
1 课程设计的目的 通过这次课程设计，让我了解到了八路智能抢答器的结构组成和工作原理，也初步掌握八路智能抢答器的调整及测试方法，提高实践动手能力和思考问题的能力。同时通过本次课程设计，也让我巩固了以前学习的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解了八路智能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响。初步掌握了八路智能抢答器的调整及测试方法。 本课程设计通过参考大量文献对八路智能抢答器的工作原理进行了系统的介绍，通过详细的调查和权威技术资料及相关情报的收集，为我们更深刻的了解电子技术提供了很好的平台，使得更好的让理论与实践相结合。 2 课程设计的任务与要求 1. 可容纳八组参赛的数字式抢答器； 2. 电路具有第一抢答信号的鉴别与保持功能； 3. 系统进行优先锁存，其他抢答选手抢答无效； 4. 具有一定的定时功能。 3 设计方案与论证 1．开始上电之后，主持人按复位键，抢答开始。如有选手按下抢答键，报警电路会发出讯响声，并且数码显示电路上会显示成功抢答的选手的编号。 2．当有选手抢答成功之后，系统就进行了优先锁存，其他抢答选手抢答无效。 3．如果主持人未按下复位键，而有人按了抢答按键，此次抢答无效，只有当主持人按下了复位键，选手才能进行顺利抢答。
三人抢答计时器 一、摘要 智力竞赛抢答计时器是一名公正的裁判员，它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。 二、设计要求 1.设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器。 2.当有某一参赛者首先按下抢答开关时，相应显示灯亮并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入的信号。 3.电路具有回答问题时间控制功能。要求回答问题的时间小于等于100秒（显示0～99），时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间时，发出声响以示警告。 三、给定条件及元器件 1.要求电路主要选用中规模CMOS集成电路CC 4000 系列。 2.电源电压为5 ~ 10 V 。 3.本设计要求在数字电路实验箱上完成。 四、设计内容 1.电路各部分的组成和工作原理。 2.元件器的选取及其电路图和功能。 3.电路各部分的调试方法。 4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问，其原因及解决的办法。 五、电路组成和工作原理
图（一） 根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计时系统的组成框如图（一）所示。 它主要由六部分组成； 1、抢答器——是三人抢答计时器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关时，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二级管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。 2、抢答控制电路——由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。 3、清零装置——供比赛开始前裁判员使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。 4、显示声响电路——比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。 5、计时显示声响电路——是对抢答者回答问题时间进行控制的电路。若规定回答问题时间小于等于100秒（显示为0—99），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。 6、振荡电路——它应该提供给抢答器，计时系统和声响电路工作的控制脉冲。
毕业设计说明书 基于单片机的竞赛抢答器系统 设计
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