智能抢答器智力竞赛抢答装置的PLC控制设计

四人智力竞赛抢答器的课程设计

四路抢答器的PLC程序设计 　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。

----------更多详见： /html/jszl/yyfa/4439.html

求抢答器的设计与原理图

抢答器的设计与制作 智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短时间内，使人们增加一些科学知识和生活常识。

因此学习了数字电路之后，自己设计一个简易智力竞赛抢答器。

一、 设计任务与要求 1. 抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮A、B、C、D表示。

2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3. 抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。

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。

4. 抢答器具有定时抢答功能。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时. 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清除为止。

6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。

二、抢答器的组成 抢答器的一般构成框图如上图所示。

三、设计原理与参考电路 1．数字抢答器总体方框图 图1抢答器整体电路图 .如图1所示为总体方框图。

其工作原理为：接通电源后，主持人宣布"开始"同时按下按键开关S抢答器工作。

记时器计时、指示灯不亮。

选手在60秒内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示、指示灯亮。

指示灯亮禁止二次抢答。

如果在60秒内无人抢答，扬声器提示、指示灯X1亮，抢答无效。

再次抢答必须由主持人再次按下按键开关S。

40秒提示：计时器到40时，发光指示灯会闪烁一下，扬声器会发出一次声音，这是因为信号延迟造成的：计时器到40前，计数器的十位显示3，此时输入与非门U9A的信号为01，当计数器到40时，输入与非门U9A的信号为10，因为信号的延迟使输入与非门U9A的信号为11，与非门U9A的输出信号为低电平0，此低电平0与U1A输出的低电平0经过与非门U6A，与非门U6A输出就为高电平1，从而使指示灯X1发光，扬声器发出声音。

2．单元电路设计 (1) 抢答器电路 图2抢答器电路图 .参考电路如图2所示。

该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；同时禁止其他选手抢答，抢答无效。

74LS175的功能真值表: 清零CLR 时钟CLK 输入 D 输出Q 1 Х Х 清零(Q=0) 0 1 1 0 0 0 0 0 X 保持(Q=Qn) 从表可见： ① CLR是清零端，且低电平有效。

② CLK是时钟脉冲，且下降沿触发。

上图中的74ALS175N为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上升沿时，1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。

在CLK其他状态时，输出与输入无关。

电路通电后，按下复位按键S，1Q、Q2、Q3、Q4输出高电平。

电路进入准备状态。

这时，假设有按键A被按下，4D的输出将由低变成高电平，使4Q输输出为高电平经过或门U3A驱动数码管使数码管显示1（选手A的编号），同时使/4Q(4Q非)输出为低电平经过与门U4A输出低电平，此低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿作为74LS175 CLK的输入。

因为74LS175是下降沿触发的，故按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定。

达到了既定的功能目标。

（2）计时电路 图3. 计时器电路图 参考电路如图3所示。

该电路完成两个功能：一是进行计时，二是设定计时时间为60秒（脉冲信号的频率为1Hz）。

由节目主持人设定一次抢答的时间（本方案中以60秒为例），计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图3所示。

开关S3合上，此时计数器清零，开关S3断开，计数器开始计数。

74LS192的功能真值表： CLK LOAD UP DOWN D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 × × × × × × × 0 0 0 0 0 0 × ↑ 0 1 ↑ 1 × × × × 加法计数 0 1 1 ↑ × × × × 减法计数 0 1 1 1 × × × × 保持 从表可见： ① CLK是清零端，且高电平有效。

② UP 和DOWN是两个时钟脉冲，当LOAD置1时，时钟脉冲由UP端接入，且DOWN输入高电平时74LS192处于加法计数状态；当LOAD置1时时钟脉冲从DOWN端输入，且UP输入高电平时，74LS192处于减法计数状态。

③CO是进位端，BO是借位端。

当60秒时间到时，Qb和Qc输出为高电平1，经过与非门U9A后输出低电平0，此低电平0与时钟脉冲经过与门U11A输出低电平0使计时器停止工作。

（3）报警电路 图4.报警电路图 由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。

其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。

PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。

555的引脚对应的关系为： RST—复位，DIS—放电，THR—阀值，TRI—触发， CON—控制电压，OUT—输出； 四、所需器材 1. 集成电路74LS175 1片，74LS192 2片，NE555 1片，74LS00 4片，74LS02 1片，，74LS04 2片，，74LS08 1片，74LS21 1片，74LS32 2片，4002 1片； 2. 电阻 9只； 3. 电容2只； 4. 三极管1只。

5. 其它：显示器3只，电源。

五、实验小结 该抢答器实现的功能有： 1． 优先抢答锁存； 2． 显示抢答选手号码； 3． 抢答计时； 4． 抢答报警（既有声音又有光：扬声器和发光指示灯）； 5． 计时器到40时会有提示（指示灯会闪烁一下，扬声器会发出一次声音）。

智能抢答器的论文怎么写?

四川化工职业技术学院 毕业设计（论文） 设计题目： 八路数显抢答器 所属系部：机电技术系 指导老师：杨平 张家铭 专业： 应用电子技术 姓名： 庞 雷 摘要: 本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。

该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。

主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。

若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。

关键词: 八路, 抢答器, 设计,定时，计时，报警 Abstract： In this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on mon-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering race’s function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will ; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved. Keywords: 8-wire, answering racer, design, timing, counting, alarming 一、引言 工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。

在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，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。

为解决这个问题，我们小组准备就本次大赛的机会制作一个低成本但又能满足学校需要的八路数显抢答器。

二、设计任务及系统功能简介 2.1基本功能： （1） 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

（2） 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

（3） 抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。

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。

2.2扩展功能： （1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。

（2） 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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

三、实现的原理与电路 3.1数字抢答器总体方框图与电路图 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，扬声器给出声响提示。

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、扬声器提示。

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。

总体框图 图1 八路抢答器电路图 3.2单元电路设计： (1) 抢答器电路 设计电路如图2所示。

电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 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S置于"清除"端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。

当开关S置于"开始"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S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。

此外，CTR＝１，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5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（图中5号端）＝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S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。

表一 (2) 定时电路 3.3原理及设计： 该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。

具体电路如图3所示。

两块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，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，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，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

下面结合图具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。

从NE555的3端输出的脉冲的频率为 结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脉冲。

四．设计心得

什么是抢答器

抢答器的设计与制作 抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路和PLD器件设计抢答器的方法

抢答器的电脑抢答器

2.1系统要求 d)硬盘空间：10GB e)端口：空闲的USB接口 f)应用软件：Office2007 2.2安装方法 a)将光盘插入CD驱动器。

b)运行安装程序：抢答系统1.0.0.exe。

c)按照安装向导的指示进行安装。

三、运行软件 在运行本软件前，应将抢答设备和计算机通过空闲的USB进行连接。

3.1运行软件 打开PowerPoint2007，会显示抢答系统1.0.0。

软件界面主要由以下5个模块组成：　　a)题目编辑；　　b)赛前设置；　　c)比赛控制；　d)赛后统计；　　e)关于；　　3.2功能介绍　　3.2.1、题目编辑：对现有格式的题目(文本文档、word、Excel)导入，　　3.2.2、题目删除：删除已经导入且不要的题目。

　　3.2.3、显示/隐藏面板：对题库列表面板、参数设置面板以及控制面板的显示和隐藏。

　　3.2.4、抢答模式：抢答模式分为淘汰抢答式、快速抢答式、直接抢答式、无线抢答式。

淘汰抢答式记录所有在设定时间内抢答的台号，并播报抢答或者犯规的台号。

快速抢答式只记录第一个抢中的台号，不论是犯规还是正常抢中。

直接抢答式，没有倒计时，可设置有效抢答时间，只记录第一个抢中的台号。

无线抢答式没有倒计时和有效抢答时间。

　　3.2.5、显示主界面：用于会场开始投影界面。

　　3.2.6、硬件设置：设置抢答台号以及测试抢答设备的连通性。

3.2.7、软件设置：对排行榜，声音，加减法动画等设置。

　　3.2.8、扫描台号：重新扫描所连接抢答设备。

　　3.2.9、抢答组设置：新建，编辑，删除抢答组。

　　3.2.10、奖项设置：暂未启用，可忽略。

　　3.2.11、进入抢答：抢答比赛过程中使用，对题目的类型，环节，题目的选择等。

　　3.2.12、赛后统计：抢答比赛所得到结果进行导出。

Excel格式。

　　3.2.13、关于：本软件简要说明。

智力竞赛抢答装置的PLC控制设计

0 引 言 抢答器是一种典型的电气控制产品，广泛应用在各种智力抢答竞赛中。

现在市面上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方式也不尽相同。

本文提出了一种新的控制方法--用触摸屏和PLc(可编程逻辑控制器)实现抢答器的控制。

与一般的控制方法相比，运行更加可靠，操作更加直观，更适合于高档的场合。

本文以三菱F940GOT-LwD-c型触摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路抢答器为例，介绍具体的实现方法。

l触摸屏 20世纪90年代初出现了一种新的人机交互技术--触摸屏技术，触摸屏便是这种技术的具体体现。

触摸屏是一种最直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，大大提高了计算机的可操作性。

触摸屏的基本原理是：用户用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)被触摸屏控制器检测，并通过串行通信接口送到计算机或PLc的CPU，CPU将此坐标和触摸屏上的各个图形对象(代表特定的信息)的坐标相对比，从而确定输入的信息。

触摸屏系统一般包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置两个部分。

触摸屏控制器(卡)的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给计算机或PLC的CPU，它同时能接收cPu发来的命令并加以执行，例如直观动态地显示开关量和模拟量。

触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器(卡)。

触摸屏有以下5种类型：电阻式、电容式、红外线式、声波式或近场成像式。

现在用得最多的是电阻式触摸屏。

触摸屏有以下特点： a)触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。

画面的生成是可视化的，不需要用户编程。

在画面中用文字或图形动态地显示PLc中开关量的状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。

通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到PLC。

b)触摸屏的按键在屏幕上的画面中。

每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置有明确意义的文字或图形提示。

c)用触摸屏上的软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点。

d)触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。

使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种画面。

e)为了实现触摸屏与计算机或PLc之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。

在生成画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现PLC与触摸屏之间的通信。

f)触摸屏可以在恶劣的工业现场环境使用，其稳定性和可靠性与PLC相当。

2抢答器的控制要求 设计1个4个参赛组的抢答器，主持人通过触摸屏监控比赛的进行。

为了方便观众了解比赛情况，抢答器应设置必要的显示。

抢答器的功能如下： a)比赛开始之前，主持人要按一次触摸屏上的复位按钮，使所有参赛组的显示均灭。

b)比赛开始后，主持人要按一次触摸屏上的开始按钮，当开始灯(绿灯)亮之后，才允许参赛组进行抢答。

c)比赛开始后，如果参赛组在开始灯(绿灯)亮之前按下按钮进行抢答，则视为抢答违规。

此时，蜂鸣器以1次／s的频率呜叫，数码管显示参赛组的序号，同时，触摸屏显示违规组号及抢答违规信号。

d)比赛开始后，如果参赛组在开始灯(绿灯)亮之后按下按钮进行抢答，数码管显示先抢到的参赛组的序号，同时，触摸屏显示答题组号及答题信号，然后主持人请此参赛组回答问题。

e)为了控制比赛时间，回答问题必须在20 s内完成，超时按错误论处。

当时间进行到lO s时，红灯亮，提示抢答者"抓紧时间"；当时间进行到20 s时，红灯亮，同时蜂鸣器不间断地呜叫，提示抢答者"答题超时"，同时，触摸屏显示"答题超时"信号及"答题超时"组号。

f)答对一题加10分，答错一题、答题超时或违规一次扣10分，按积分的多少论胜负。

其中，加分和减分靠现场工作人员手动翻动记分牌进行计分，其余功能靠PLc控制实现。

3抢答器的软硬件设计 根据系统的控制要求，综合控制点数，本装置选择三菱．FXOS-30MR型PLc，它特别适合于小型单机且仅需要开关量控制的普通设备。

触摸屏选用三菱F940GOT-LwD-C型图形操作终端，它是基于PLC的软硬一体人机界面，能以图形界面方式实现各种工作状态的显示，并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信的功能。

三菱F940GOT-LWD-c型触摸屏含有两个通信接口：RS-232C接口，与装有专用画面制作软件的计算机通信(上载、下载画面)；RS一422接口，与PLC通信(通过画面实时监控PLC的运行)。

3．1触摸屏画面设计 本文中的触摸屏操作画面是用三菱公司专用的画面制作软件SWOPC-FXDU／wIN-c制作的。

为了达到用触摸屏操作画面实时监控PLc运行的目的，必须将操作画面中的图形对象与PLC中的编程软器件联系起来。

触摸屏操作画面的组态如表1所示。

根据表l所制作的触摸屏操作画面如图1所示。

触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的RS－232C串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。

3．2 PLC硬件配置 3．2．1 PLC的I／O分析 a)输入端：主持人开始和复位按钮由触摸屏操作画面中的开始和复位触摸键代替，不占PLC的输入点；4个参赛组共4个抢答按钮，因此，PLc应该配置4个输入点。

b)输出端：采用1个共阴极的七段数码管(见图2)显示参赛组的序号，七段数码管直接由PLc输出端驱动，占7个输出点；再加上1个绿灯、1个红灯、1个蜂鸣器共3个负载，因此，PLC应该配置10个输出点。

另外，PLC与触摸屏之间只要连接专用的通信电缆便可以。

3．2．2 PLC的I／O地址分配 1)输入地址分配： X1：l#抢答者按钮SBl；X2：2#抢答者按钮SB2； x3：3#抢答者按钮SB3；X4：4#抢答者按钮SB4； 2)输出地址分配： Y0：七段数码管a段；Y1：七段数码管b段； Y2：七段数码管c段；Y3：七段数码管d段； Y4：七段数码管e段；Y5：七段数码管f段； Y6：七段数码管g段；Y7：蜂鸣器HA； Y10：绿灯L1； Y11：红灯L2。

3．2．3 PLC的外部接线 PLC的外部接线如图3所示。

3．3软件设计 3．3．1 工作流程 根据控制要求，绘制抢答器的工作流程图。

如图4所示。

3．3．2程序设计 1)设计方案 根据抢答器的控制要求和工作流程图，可知抢答器的特点是：显示先抢答者的信息，同时屏蔽后抢答者；属于顺序步进控制。

因此，应该选用选择性分支结构复合循环结构的顺序功能图来编程。

2)状态继电器S分配 S0：初始状态；S10：开始状态；s11：第1组违规状态；S12：第2组违规状态；S13：第3组违规状态：s14：第4组违规状态；S15：第1组答题状态；S16：第2组答题状态；s17：第3组答题状态；s18：第4组答题状态。

3)七段数码管显示程序设计 显示"1"：输出Y1、Y2； 显示"2"：输出Y0、Y1、Y3、Y4、Y6： 显示"3"：输出Y0、Yl、Y2、Y3、Y6： 显示"4"：输出Y1、Y2、Y5、Y6。

4)顺序功能图程序 顺序功能图程序加图5所示。

5)梯形图程序 因为由顺序功能图程序转化对应的梯形图程序，有固定的模式，所以在此略去。

4结束语 用触摸屏结和PLC实现控制，不仅可以节省PLC的I／O点、省略传统的按钮、按键和指示灯等，减少布线，提高控制系统的运行可靠性，而且可以在短时间完成友好、直观、实用的触摸屏监控画面，因此值得大力推广。