摘要：四路抢答器在竞赛抢答活动中，判断抢答的正确、公正方面具有重要作用，尤其是现在人们对竞赛活动中的公正性越来越关注，而通过抢答器来实现判断公正成为更多人信服的方式。因此，抢答器的设计与制作具有重要意义。本文就是对基于数字电路及PLC而实现的四路抢答器设计及其各自的优劣进行分析与比较，以期为四路抢答器的设计优化提供可用依据。
关键词：数字电路 PLC 四路抢答器 设计 对比
中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0145-02
社会经济发展不仅为人们的生活生产提供了必要的物质资源，而且还为不断丰富人们的精神生活创造了良好条件，文体、竞赛等娱乐活动在充实人们的精神生活方面发挥了重要作用，而在竞赛等娱乐活动中的抢答环节，如何实现公正、直观且准确的抢答判断是参与这一项活动的重点。在科学技术的不断进步与发展支持下，应用抢答器来辅助竞赛抢答活动，能有效提高活动中抢答判断的公正性与准确性，所以对抢答器的设计与制作受到越来越多的重视。本文中对基于数字电路所设计的四路抢答器以及基于PLC所涉及的四路抢答器进行分析，并对这两种不同设计进行比较分析，为四路抢答器的优化设计与制作提供些许帮助。
1 基于数字电路的四路抢答器设计
通过数字电路所实现的四路抢答器设计的重点，主要是电路原理及功能实现：
1.1 电路原理
在进行基于数字电路的四路抢答器设计中的电路设计时，可将电路分为抢答控制、译码驱动显示及发声部分这几个功能模块进行设计。
图1所示为基于数字电路的四路抢答器设计中的电路原理框图，如图所示，主持人在抢答前按下复位按钮R后，会有低电平于RS触发器的Q输出端输出， LED数码管未有显示，而此时的CD4511工作状态为消隐，蜂鸣器不发出声响，且多谐振荡器没有震荡情况产生。而在抢答活动开始时，首位按下按钮的选手所输入的高电平经编码电路会在输入至CD4511前编成对应的8421BCD码，而RS触发器的S输入端与Q输出端流经的为高电平，CD5411则将译码输出锁存，让LED数码管的显示始终保持在首位选手的编号显示状态下，同时又NE555定时器组成的多谐振荡器会有振荡产生，而蜂鸣器也有声响发出。为了确保抢答器的公正准确，降低抢答状况同时出现的几率，需要首位选手在按下抢答按钮的同时完成电路锁存，因此有较高的电路工作速度要求。
上图所示中4—4线编码，可用于将抢答时的四路抢答输入信号编成相对应的8421BCD码，若是在同一时刻出现多人抢答状况，则此次抢答视为无效。而显示器则是由七段共阴极LED数码管来构成。图中RS触发器是由非门CD4001或是CMOS集成所构成，经由RS触发器输入的高电平视为有效。门电路或是说四输入由电阻R1、R2、R3及R4与二极管VD3、VD4，VD5及VD6组成实现，而CD4511译码输出在加到数码管相应阳极前，需先实现220～330Ω电阻限流。
1.2 功能实现
所设计的抢答器可供四名选手参赛，按顺序分别有各自的编号与控制按钮，可实现抢答信号的输入，同时还有一个供主持人控制的抢答控制开关与系统清零开关，即主持人按下抢答控制开关为允许抢答，而按下系统清零开关时抢答电流清零。抢答器的另一功能为数据锁存，同时可通过LED数码管将锁存数据显示出来，除非由主持人将数据清零。若是已有抢答信号输入并已显示出信号输入对应的编号号码时，其他任何按钮按下时的抢答信号输入均为无效，并且指示灯仍然持续在首开关按下时的状态。另外，抢答器的抢答具有定时功能，主持人在按下“开始抢答”按钮的同时开始计时，定时器的减记同时显示于显示器上。若有选手在未允许抢答时的情况下按下抢答键则视为犯规，而犯规选手的编号则会同时显示在显示器上。而在定时的抢答时间内，选手抢答的具体时间与选手编号会显示于显示器上以供判断，直至主持人将其清零。但若是在抢答时间内没有选手参与抢答，设定时间一到变化将输入电路封锁，以防有选手出现超时后的抢答状况，而显示器上会同时显示时间并闪烁提醒。这些都是基于数字电路来设计的四路抢答器所要实现的基本功能。
2 基于PLC的四路抢答器设计
2.1 PLC概述
PLC可编程控制器是集计算机技术、通讯技术及传统继电器控制技术等为一体的新型自动化控制装置，PLC可编程控制器具有较高的可靠性，不仅通用性好、体积小且使用方便，而且具有运用灵活、易于扩展等优点，已在许多工业控制领域发挥了重要作用。PLC可通过编写程序来实现定时的逻辑控制，是通过输入/输出模拟量与数字量来实现对机械设备的控制的。抢答器的制作与应用场合不断增加，再加上人们对竞赛抢答的公正、准确越来越关注，将PLC的优势用于抢答器的设计与实现，有效提高抢答活动的准确性与公正性，是抢答器设计与实现的重要突破。应用PLC进行四路抢答器的设计，就是充分考虑到其控制方便、应用灵活等优势，应用PLC来进行抢答器的抢答方案设计，只需要通过改变输入PLC的控制程序就可以实现，大大降低了抢答器的设计难度。
2.2 电路原理
PLC基础上的四路抢答器中，主持人开始与复位按键可以由按键操作，四个参赛组配置四个抢答按钮，所以在输入点的配置上也应该是四个输入点。对于输出端而言，采用一个共阴极的七段数码管对参赛组的序号进行显示。PLC输出端直接对七段数码管进行驱动，占用七个输出点；再加上一个红灯、一个绿灯、一个蜂鸣器，总共三个负载，所以该PLC总共需要配置10个输出点，通过专用通信电缆进行连接。其接线原理如图2所示。
2.3 PLC设计四路抢答器的功能实现
基于PLC可编程控制器进行四路抢答器的设计中，硬件电路设计较为简单，PLC的硬件组成部分包括CPU、输入/输出单元、编程器、存贮器以及通信接口等。应用PLC进行的四路抢答器设计，抢答控制按钮可由PLC内部输入继电器的常开触点来实现，而抢答锁存功能则有中间继电器触点来实现，另外七段数码管显示与蜂鸣器发声的驱动可由输出继电器线圈来进行。在抢答活动进行时，当首位选手按下抢答按钮时，会触发显示器并显示出该选手的编号与具体抢答时间，而同时蜂鸣器也发出声响提醒抢答结果，此时的抢答器已被锁住，其他选手按下按钮均为无效，而显示器仍停留在首位选手按下抢答按钮的相关信息显示状态，直至主持人将数据清零并按下复位按钮后重新开始下一轮抢答。
3 数字电路和PLC实现四路抢答器设计的比较
通过对两种设计实现方法的比较可知：（1）基于数字电路进行的四路抢答器设计，是完全在硬件电路逻辑关系的基础上进行并实现的，首先可通过EWB软件实现设计的方针与模拟，以有效确定各相关元器件机器有关参数，在通过PROTEL软件进行对印刷电路板图的设计仿真，然后根据设计框架进行安装调试。基于数字电路实现的四路抢答器设计在调试完成后，其电路设计具有较高的可靠性与稳定性，但电路设计方面较为复杂，并且也有一定的调试难度。（2）可编程控制器PLC本身具有高可靠性，且抗干扰能力较强，并具有完善的使用功能，而且设计安装相当简便，编程也较为简单，应用起来也灵活方便，在许多工业生产控制领域都得以广泛应用并发挥重要作用。而应用PLC可编程控制器实现的四路抢答器的设计，充分应用了PLC强大的软件编程功能，通过软件来实现所设计四路抢答器的功能，大大降低了安装调试方面的难度，因此对硬件设计方面的要求较低，只是通过简单设计就能实现。（3）基于数字电路与PLC实现的四路抢答器的设计，还有一个较大的区别，即若是需要增加一路或是多路抢答，通过数字电路设计的四路抢答器改动幅度较大，尤其是要增加输入电路，而电路改动本身就是一个较为困难的工作，再加上电路设计复杂，改动难度相当大。但若是对基于PLC实现的四路抢答器设计进行改动，其电路改动就要简单的多，只需要通过增加一个或是多个中间继电器与输入点就可以实现，而且再加上PLC可编程控制器软件编程的本身程序改动也相当简单，大大降低了四路抢答器的改动难度。
4 结语
综上所述可知，基于数字电路而设计的四路抢答器，具有较高的可靠性与稳定性，但其电路设计较为复杂，而且也有较高的调试难度，而基于PLC可编程控制器所设计的四路抢答器不仅有较高的可靠性，而且抗干扰能力也较强，另外设计安装与编程较为简便，还有功能完善、使用便利等优点，调试也极其简便。因此，通过这两种四路抢答器的设计比较，可以为利用更加合理适当、可靠有效的设计方法来实现抢答器设计优化提供一些信息。
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