基于FX1N_40MT的抢答器电路设计

　　可编程控制器实训台是基于三菱公司生产的FX系列可编程控制器FX1N_40MT研发的，不同的实训项目采用了尺寸相同，功能不同的挂件，为了提供具有不同专业特色的实训项目，使实训项目既丰富多彩，又结合实际，设计开发抢答器实训模块。

　　1 抢答器功能描述

　　抢答器可供8名参赛选手使用，主持人按下开始按钮SB1，指示灯L1亮，表明竞赛开始;主持人按清零按钮SB2或无人抢答时，抢答显示为0;参赛选手按下抢答按钮J1～J8后，LED数码管显示抢答成功选手的编号;主持人按下置数按钮SB5，倒计时计数器置数(设定答题时间);主持人宣布答题开始的同时按下倒计时开始按钮SB3，选手开始答题，同时开始倒计时;选手回答正确且未超时，才能得分，否则，不能得分;答题超时，扬声器鸣叫，提醒主持人及选手答题超时;主持人按清零按钮SB2，可清除声光报警，开始新一轮抢答;主持人按下停止按钮SB4，所有显示熄灭，竞赛结束。

　　2 设计方案及可编程控制器的地址分配

　　依抢答器的功能要求，提出两种设计方案分别如图1中(a)，(b)所示。

　　图1(a)所示方案的特点是：编码，译码，计数等功能都通过编程实现，而硬件电路比较简单，只有指示灯、显示抢答结果和倒计时的三个数码管及超时报警电路。该方案共需13个输入点(I)，23个输出点(O)，而FX1N_40MT仅有24点输入，16点输出，显然，输出点不够，因此，图1(a)所示方案不可行。

　　图1(b)所示方案的特点是：程序主要完成8线-3线编码功能，显示译码、计数、显示等功能通过硬件设计实现，以此方式节省I/O点。该方案共需13个输入点和8个输出点，解决了方案1(a)中输出点不够的问题。

　　在设计中考虑到抢答器模块的尺寸应和其他已有功能模块的尺寸相同，硬件电路应尽量简单。因此，图1(b)所示方案中，计数器所需的时钟信号和超时语音报警信号并未通过硬件电路产生，而是利用可编程控制器的可编程元件特殊辅助继电器M8013和M8011编程实现，使硬件电路大大简化。因此采用图1(b)所示方案作为抢答器的设计方案切实可行。

　　可编程控制器的输入、输出地址分配如表1所示。

　　3 电路设计

　　3.1 输入电路设计

　　J1～J8为8个抢答按钮，分别连接在可编程控制器FX1N_40MT的输入点X10～X17与地之间，SB1、SB2、SB3、SB4、SB5为启动、清零、答题开始、停止、置数按钮，分别连接在可编程控制器FX1N_40MT的输入点的X1、X2、X3、X4、X5与地之间，共用去13个输入点。

　　3.2 抢答结果显示电路设计

　　图2为抢答结果显示电路，显示0～8九个数字。无人抢答时显示数字0，抢答结束后显示抢答成功的参赛选手编号。图3中的101～104分连接在可编程控制器FX1N_40MT的输出点Y10～Y13，当不同抢答键被按下，Y10～Y13的输出结果如表2所示。由于可编程控制器FX1N_40MT输出电路的特点，Y10～Y13按位取反后才能得到0～8九个数字的BCD码，因此Y10～Y13的输出经上拉电阻和反相器4069后完成了按位取反，得到抢答选手编号对应的BCD码，经CD4511译码后，数码管显示选手编号。