目 录

1功能介绍 ......................................................................................................................................... 2

1.1主要功能介绍 ....................................................................................................................... 2

1.2扩展功能介绍 ....................................................................................................................... 2

2总体方案设计 ................................................................................................................................. 2

3单元模块设计 ................................................................................................................................. 3

3.1抢答器控制端电路功能介绍 ............................................................................................... 3

3.3控制电路和报警电路 ........................................................................................................... 5

3.4振荡电路 ............................................................................................................................... 6

4主要芯片介绍 ................................................................................................................................. 6

4.1 优先编码器74LS148 .......................................................................................................... 6

4.2 计数器74LS192 .................................................................................................................. 8

5四人抢答器仿真 ............................................................................................................................. 9

6系统调试 ......................................................................................................................................... 9

7参考文献 ....................................................................................................................................... 12 1

1功能介绍

1.1主要功能介绍

（1）抢答器最多可供4名选手参赛，编号为1~4号，各队分别用一个按钮（分别为J1、J2、J3、J5）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关J4,J7，该开关由主持人控制。

（2）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到主持人清零。

（3）开关J4作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关J4被按下时抢答电路清零，当开关J7松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关J1、J2、J3、J5实现。

（4）有抢答信号输入（开关J1、J2、J3、J5中的任意一个开关被按下）时，并显示出相 对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持” 第一个开关按下时所对应的状态不变。

1.2扩展功能介绍

（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为3秒。当节目主持人启动“开始”

键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。

（2）参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规。显示器上显示并闪烁选手的编号。

（3）参加选手在设定的时间内抢答，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。

（4）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，封锁输入电路，禁止

选手超时后抢答，时间显示器上显示并闪烁0。

2总体方案设计

设计要求

2

（1）主持人有开始键和复位键，按下开始键后才能开始抢答，否则犯规。

（2）用数码管显示，正常抢答后显示抢到的队号，如果犯规则闪烁显示队号。

（3）如果3秒内没有抢答，则说明该题超时作废，用0闪烁表示。

（4）复位键用于恢复犯规或超时状态

如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。

图1

3单元模块设计

3.1抢答器控制端电路功能介绍

设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS175来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码 3

显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关自上而下，分别是J1,J2,J3 J4,J5，J5是控制清零端，当J5闭合（清零）时，计时模块74LS160的MR端和抢答模块74LS175的MR端都置1，使整个模块处于等待工作状态；当J5断开时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下J2），74LS148的输出经74LS48译码器接到七段显示电路处于工作状态，4Q3Q2Q=010,经译码显示为“2”。此外，MR＝1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中2号端）＝1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端为1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将J5开关重新置“清零”然后才可能进行。

图2

3.2定时时间电路功能介绍

4

原理及设计：

该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加法计数器74LS160、十进制减法计数器74LS192、74LS48译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。一块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，之后选手抢答无效。

图3

3.3控制电路和报警电路

由555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经或门控制时序。控制电路包括时序和报警两个电路 ,如图3所示。控制电路需具有以下几个功能：

5

主持人闭合开关,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时 ,抢答电路和计 时电路停止工作;抢答时间到 ,无人抢答 ,抢答电路和计时电路停止工作。

3.4振荡电路

本系统需要产生频率为500KHZ的脉冲信号，用于触发器的CP信号，及频率为1HZ信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。

4主要芯片介绍

4.1 优先编码器 74LS148

74LS148为8线－3线优先编码器，表4.1.1为其真值表，表4.1.2为其功能表,图4.1.1为其管脚图。

1011121312345I0I1I2I3I4I5I6I7S

Y0

Y1Y2

74LS148

YEX

97614

Ys

(a)

15

(b)

CCSEX32100

74LS148管脚图

表4.1.2 74LS148 8线—3线二进制编码器真值表

6

74LS148工作原理如下：

该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。

当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。

由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS＝0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器 件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。

从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码

7

为010，这就是优先编码器的工作原理。

4.2 计数器74LS192

74LS192具有下述功能：

①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000

②异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0

③保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态

④加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 ⑤减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出

BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

8

图4.3. 74LS192管脚引线图

5四人抢答器仿真

按照总体电路图在仿真软件proteus7.5上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。下面，我们分两部分对设计出的电路进行proteus7.5仿真。我们将各部分电路在proteus7.5上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值（例如，为某一开关设为1连接，则启动proteus7.5m仿真按钮后，在键盘上按1则此开关就由断开状态变为连接状态）然后打开proteus7.5的开关，即可根据显示器上显示的数字以及二极管的亮灭情况来判断电路设计是否成功。

6系统调试

把上面所设计的单元电路连接起来可得到整机电路。

7.1抢答显示功能测试（图4）

7.2清零功能测试（图5）

7.3倒计时功能测试(图6)

9

图

4

图5

10

图

6

11

7参考文献

1《电气控制与PLC》案例教程，胡汉文，张鑫主编

2《PLC应用技术》，弭洪涛主编

3《可编程控制器原理与实践教程》，王整风，谢云敏主编

4 谢克明、夏路易、可编程控制器原理与程序设计[M].北京：电子工业出版社，2005.1-20.

5郑成、现代可编程序控制器原理及应用[M]、北京：科学出版社，1999.

6 江秀汉、可编程序控制原理及应用[M]、西安：西安电子科技大学出版社，1998 7高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004 12

 

第二篇：四路抢答器的PLC设计与制作

四路抢答器的PLC程序设计

周云波

宝鸡文理学院物理系 陕西宝鸡 721007

摘要：

利用日本立石（OMRON）公司生产C20p型PLC，设计了四路抢答器控制系统。给出了控制梯形图、程序指令、外部接线图以及该程序的一些扩展前景。 关键词：

PLC;抢答器;梯形图；程序

Programming on the answering machine of

four groups vies by PLC

Abstract:

Based on Japan OMRON company produce C20p type PLC,the four groups vies for the answering machine were designed. the ladder chart 、 program、the exterior circuit and some expansion are provided .. ZHOU Yun_bo （Dept.Phys.,Baoji Coii.Arts﹠Sci.,Baoji 721007,Shaanxi,China）

Key words

PLC ；Vie for the answering machine； Ladder chart ; program

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，选用的是日本立石公司（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秒内抢先按下按钮，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秒内无人抢答，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分钟）；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 PB11 0000 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

2.系统软件设计[1-3]

2.1控制梯形图

系统控制梯形图如图1所示

输出设备 绿色指示灯L1输出 绿色指示灯L2输出 绿色指示灯L3输出 绿色指示灯L4输出 红色指示灯L5输出 红色指示灯L6输出 电磁开关SOL输出 无人抢答声音输出 回答限时声音输出 输出端子号 0500 0501 0502 0503 0504 0505 0506 0507 0508

2.2工作过程

①由于0500使用它的自身触点（常开触点），在0000或0001闭合后仍保持在ON状态(自锁)。同时，将其常闭触点串入其它各回路中，在0500接通后，它的常闭触点打开，切断其它抢答回路(互锁)；②0501、0502和0503以同样方式动作，自锁继电器在复位按钮PB5再次动作时将清零；③机会选择开关SW1使0009闭合后，10秒定时器TIM00启动；④如果0500、0501、0502和0503在10秒定时器TM00动作之前任何一个闭合，则0506变为ON以示抢答成功，同时切断10秒计时显示输出回路，，否则输出声音提示，以示竞赛者放弃该题；⑤常开触点0009断开后，自锁继电器和定时器TIM00将清零；⑥抢答成功后，主持人闭合限时开关SW2使0010闭合

后，2分钟定时器TIM01启动，时间到0505和0508闭合，红灯亮并有声音提示停止回答；⑦常开触点0010断开后，定时器TIM01清零,为下一轮抢答做好准备。 2.3．程序指令

2.4．外部接线图：

如图2所示 3.适当扩展：

如果给电路加入适当的编、译码器件，就可以将红、绿灯指示变直观的数字显示，对外围电路稍加修改，就可以变成多路多人抢答器，如六路或十路等，改为多路多人抢答器，可以在梯形图中再加入两路或六路分支即可。去掉程序中的互锁和抢答限时功能，可以将抢答器改成呼叫器，可以用在医院的病房，工厂的车间等多种地方。

参考文献：

[1] 陈宇 《可编程控制器基础及编程技巧》[M] 广州：华南理工大学出版社 1999

[2] 彭利标.徐耀生.王芯 《可编程控制器原理及应用》[M] 西安：西安电子科技大学出版社 2000 （15-78）

[3] 邓则名、邝穗芳.《电器与可编程控制器应用技术》[M].北京：机械工业出版社.1999.(104-113)