基于PLC的数字电子钟设计设计.doc

1、XX 职业技术学院毕业论文（设计） 开 题 报 告 书 开题时间：2012 年 10 月 10 号 学生姓名 张 XX 专业班级 10 级机电一体化 1 班 指导教师 孙 XX 课题名称 基于 PLC 的数字电子钟设计 课题来源 教师命题 1课题研究的意义 及现状分析： 可编程控制器(Programmable Logical Controller)是在计算机技术、通 信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于工业控 制的各个领域。它以微处理器为核心，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/输出来控制机械设备或生 产过程。 PLC 自身具

2、有完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性 能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景广 阔，而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC 必将能够有更大的用武 之地。 2课题拟采用的方案和技术路线： 本课题设计方案为：数控部分用 PLC 带动数模转换芯片提供 PLC 自身具有 完善的功能线拟采用的技术路线： （1）采用 PLC 作为整机的控制单元，利用 44 键盘输入数字量，通过控制 单元输出数字信号。 （2）经过 D/A 转换器（DA0832）输出模拟量。 （3）经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的 基极电压的变化，间接地改变输

3、出电压的大小。 3课题计划及进度安排： 0102 周：查寻收集资料，了解单片机原理，引脚及参数功能，学习与掌 握 PLC 线路模版的设计，为毕业设计打下基础，并写出开题报 告。 0304 周：确定控制方案，构思硬件电路。 0506 周：毕业实习，每天写实习日志，实习结束后写出实习报告。 0710 周：绘制 PLC 的版图以及设计出软件程序，并进行上机调试。 1112 周：撰写毕业设计说明书（毕业论文） ，打印装订说明书，准备毕业 答辩。 4. 参考文献 1 可编程控制器实用技术 王兆义 主编 机械工业出版社 2 流行 PLC 实用程序及设计 贺哲荣 主编 西安电子科技大学出版 社 3 电气控制

4、与可编程序控制器技术 史国生 主编 化学工业出版社 4 可编程控制器应用技术 张万忠 主编 化学工业出版社 5 电器控制及可编程控制器 张凤珊 主编 中国轻工业出版 社 学号：XXXXXXXXX 密级： XX 职业技术学院 毕 业 论 文 (设 计 ) 姓 名 张法 学科专业 机电一体化 研究方向 PLC 设计 指导教师 孙长运 完成时间 2013 年 4 月 数字式可调稳压电源 毕业论文（设计）承诺书 本人郑重承诺： 1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研 究，独立撰写而成的。 2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 3、本论文（设计）中除引文和

5、致谢的内容外，不包含其他人或机构已经 撰写发表过的研究成果。 4、本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。 毕业论文（设计）作者签名： 签字日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本论文作者完全了解亳州职业技术学院有关保留、使用论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权亳州职业技术学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。 论文作者签名： 指导教师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 目 录 第 1 章 PLC 控制的数字显示电

6、子钟 .1 1.1 设计目的 1 1.2 设计要求 2 1.3 电子钟的显示数值范围、PLC 控制的硬件接口及软件设计 4 1.4 数字电路 CD4511 的原理（引脚及功能） .6 第 2 章 程序设计 7 2.1 数字显示电子钟主程序 8 2.2 梯形图 .10 2.3 接线图 .12 结 论 13 致 谢 14 参考文献 15 摘 要本文是介绍采用三菱 FX240MRCD4511PLC 编写数字显示电子钟，显示器采用七段 LED 显示 器，共接入 6 位，从左至右分别表示秒、时、分的个、时位。采用 BCD 码驱动器 CD4511 把 PLC 输出的 时、分、秒等显示 BCD 码变换成对应

7、的显示器所要求的 7 段驱动信号。由于显示位数较多，故显示采用 动态显示方式，PLC 的输出类型为晶体管源输出（正逻辑），其中输出端子 Y0Y3 输出第一组显示器的 BCD 信号，Y10Y13 输出第二组显示器的 BCD 信号，Y4Y7 依次为各组显示器的选通信号。 关键词：PLC，驱动器, 晶体管 前 言 可编程控制器(Programmable Logical Controller)是在计算机技术、通信 技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于工业控制的 各个领域。它以微处理器为核心，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/输出来控制

8、机械设备或生产过程。 PLC 自身具有完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性能 稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景广阔， 而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC 必将能够有更大的用武之地。 第 1 章 PLC 控制的数字显示电子钟 1.1 设计目的 1. 熟悉集成电路的引脚安排。 2. 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 3. 了解数字钟的组成及工作原理。 4. 熟悉数字钟的设计与制作。 1.2 设计要求 1设计指标 时间以 24 小时为一个周期； 显示时、分、秒； 有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时

9、功能，当时间到达整点前 5 秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。 2设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试； 3制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 4编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 1.3 电子钟的显示数值范围、PLC 控制的硬件接口及软件设计 1 电子钟的显示数值范围 电子钟显示的内容通常有月、日、星期、时、分、秒等。本系统只显示月、日、时 、分、 秒，采用七段显示器显示各位数字，显示数值的范围如表 1 所示。表格括号中的数字表示显 示的数字范围，表示不显

10、示状态。 月份显示共有 112 这十二种数字。月的个位显示数的基本值为 09，月份的十位数字 显示 1 或不显示。日的个位显示值为 09，日的十位有、1、2、3 四种情况。时的显示有 12 小时和 24 小时之分，取 24 小时显示，则时的个位显示为 09，时的十位显示为 、1、2。分和秒的显示数字完全相同，在实际显示情况下，秒值不一定显示，而以的闪 动形式来表示，闪动频率为 1Hz。分显示值为 0059，分的个位显示值为 09，分的十位显 示为 05 六个数字。 2PLC 控制硬件接口 用 PLC 实现电子钟的硬件接口电路如图 1 所示。图中 PLC 采用三菱 FX240MR，显示器 采用七

11、段 LED 显示器，共接入两组共 8 位，其中第一组（上面）4 位用来表示小时、分,从左 至右分别表示月的十位、月的个位、日的十位、日的个位。采用 BCD 码驱动器 CD4511 把 PLC 输出的月、日、时、分等显示 BCD 码变换成对应的显示器所要求的 7 段驱动信号。由于显示 位数较多，故显示采用动态显示方式，PLC 的输出类型为晶体管源输出（正逻辑），其中输 出端子 Y0Y3 输出第一组显示器的 BCD 信号，Y10Y13 输出第二组显示器的 BCD 信号， Y4Y7 依次为各组显示器的选通信号。图中秒信号输出为 1Hz 方波，可作秒点闪动信号， 与电子手表中的秒点闪动相同，表示在走时

12、；图中的时信号输出为一脉冲，表示整点小时时 刻到的定时脉冲信号，可作控制用，如每小时放一次音乐控制。 3 软件设计 本系统采用软件定时，在程序的控制下得到月、日、时、分信号，由 PLC 输出端输出 BCD 码，通过驱动器驱动各 7 段显示器。系统软件分为主程序和中断服务程序，分别如图 2、 图 3 所示。在执行正常的程序运行前，应用键操作输入月、日、时、分秒信息，才能使 PLC 在下个正确的时刻开始执行计时程序。初始化开中断等待中断开始执行计时程序。 1）主程序 主程序主要完成月、日、时、分、秒等数据寄存器的初始化，设置中断指针及开放中断 等功能。当然，当定时时钟只是 PLC 控制系统的一部分

13、，则主程序还包括控制系统的其它控 制功能。 FX2 的中断有两种方式：外部输入信号触发中断及定时器中断。对外部输入信号触发中 断，输入信号为 X0X5；对定时器中断，定时时间范围为 10ms99ms，定时器中断号为 68。本系统采用定时器中断方式，定时时间为 10ms，所以中断指针为 I610，即每隔 10ms 就执行标号为 I610 后面的中断程序，并根据 IRET 指令返回。 2）中断服务程序 中断服务程序完成计时及月、日、时、分、秒等信次数，每 10ms 中断一次，若 D250 表示为 05 秒，D2100 表示为 1 秒，根据 D2 内容即可输出频率为 1Hz 的方波秒信号。其 它分、

14、时、日、月也有相应的存贮单元如数据寄存器 D3、D4、D5、D6，各按相对应的关系进 行计数。当分的存贮单元内容为 60 时，应输出时信号。 月、日、时、分的显示采用动态显示，考虑到动态显示方式下，每位扫描间隔时间不能 太长，不然会出现闪烁甚至走动现象，所以采用定时器中断（10ms）显示的方法，在中断服 务程序中，执行一位 LED 的显示输出操作。显示子程序如图 4 所示。图中 D0 为第一组显示器 的输出数据存储器，D1 为第二组显示器输出数据存储器。 图四 图 4 中显示输出采用带锁存的 7 段显示指令，指令梯形图如下： 指令中参数 K 用于选择 7 段显示器数据输入、选通信号的正负逻辑及

15、显示单元的组数 （1 或 2），它取决于 PLC 逻辑与 7 段显示逻辑的相互配合，其配合如表 2、表 3 所示。 对二组 4 位显示，当 7 段显示的数据输入及选通信号的逻辑与 PLC 逻辑相同时，参数 K 取 4。本系统为二组四位显示，且 PLC 为正逻辑，显示数据输入为正逻辑，选通信号为正逻 辑，所以参数取 4，即为 K4。 2.4 数字电路 CD4511 的原理（引脚及功能） CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具 有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直 接驱动 LED 显

16、示器。 CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中 a b c d 为 BCD 码输入，a 为最低位。LT 为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时， 显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI 为消隐功能端， 低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1 端应加高电平。另外 CD4511 有拒绝伪码的特 点，当输入数据越过十进制数 9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE 是锁存控制端，高电平 时锁存，低电平时传输数据。ag 是 7 段输出，可驱动共阴 LED 数码管。另外，CD4511 显 示数“6”

17、时，a 段消隐；显示数“9”时，d 段消隐，所以显示 6、9 这两个数时，字形不太 美观 图 3 是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器 级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压 5V 时可 使用 300 的限流电阻。 CD4511 引脚图 其功能介绍如下： BI：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码 管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3 脚是测试输入端，当

18、 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态， 译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平 1 有效。 1. CD4511 的引脚 CD4511 具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动 LED。其引脚图 如 3-2 所示。 各引脚的名称：其中 7、1、2、6 分别表示 A、B、C、D；5、4、3

19、分别表示 LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14 分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚 表示输入，右边表示输出，还有两个引脚 8、16 分别表示的是 VDD、VSS。 CD4511 的工作原理 2.CD4511 的工作真值表如表 表 CD 4511 的真值表 3.锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端 LE 的电平状态。 当 LE 为“0”电平导通，TG2 截止；当 LE 为“1”电平时，TG1 截止，TG2 导通，此时有锁存 作用。如图 （1）译码 CD4511 译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数

20、据 B、C 进行组合，得出 四项，然后将输入的数据 A、D 一起用或非门译码。 （2）消隐 BI 为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使 B 端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路 如图所示。 消隐输出 J 的电平为 J= =（C+B）D+BI 如不考虑消隐 BI 项，便得 J=（B+C）D 据上式，当输入 BCD 代码从 1010-1111 时，J 端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消 隐。 8421 BCD 码对应的显示见下图： CD4511 驱动共阴极 LED 数码管的典型接线 1.比较指令 CMP CMP 指令时将两个操作数大小进行比较，然后将比较结果通过指定的位元件（占用连续的

21、3 个点）进行输出的指令。 CMP 指令的目标D.假如指定为 M0，则 M0M1M2 将被占用。当 X0 为 ON，则比较的结果通过目 标元件 M0M1M2 输出；当 X0 为 OFF，则指令不执行，M0M1M2 的状态保持不变，要清除比较结 果的话，可以使用复位指令或区间复位指令。 2.传送指令 MOV 常数可以传送到数据寄存器，寄存器与寄存器之间也可以传送，此定时器或计数器的当前值 也可以被传送到寄存器。 MOV 指令除了进行 16 位数据传送外，也可以进行 32 位数据传送，但必须在 MOV 指令前加 D。 说明：0：整体复位 6：自动计时和手动调时，初始条件 20：秒个位 50：秒十位

22、 80：分个位 115：分十位 145：时个位 204：时十位 X000 是复位按钮，X5 是自动计时和手动调时的初始条件，C1 为 1 时，C2 是复位 C1，C1 为常 闭时自动计时。M8013 是一秒脉冲，D0 是秒个位存储器，X2 是秒个位手动调整，当 M1 为 1 时秒个位进位到秒十位，从 20-80 是完成秒的运算。M11 是分的个位进位，M21 则是分进位到 十，M31 是进位到时的个位，C0 是控制一天的 24 小时，如果满 24 小时 Y000-Y017 复位，D0- D10 复位，MH 是时位到十。如果 X5 在自动计时时，就这样 0-24 小时的循环下去。 3.3 接线图

23、 CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具 有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直 接驱动 LED 显示器。 结 论 经过这次的课程设计，使得我对 PLC 的掌握进一步的增强，加深了对 PLC 它们的理解， 并对 PLC 产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不 熟悉，大大地加深了我的程序复杂程度。多在学习过程中不能想通的问题，在 PLC 调试过程 中，终于得以解决。可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用，对培养既具有 扎实理论功底又具有相当

24、实践能力的人才必不可少。在这次的课程中，我发现 PLC 在工业控 制中的作用很大，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本，很大地提 高生产效率。 在此过程中我还发现到修改完善程序的重要性。当时编完一个程后感觉是正确的。就是 这样还要仔细检查自己的程序。考虑到各种可能发生的情况。经过这次课程设计培养了我们 的设计能力以及全面的考虑问题能力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激 动的。相信通过这次课程设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。 采用 PLC 的定时中断功能实现定时，不仅定时精度高，编程简单，显示效果稳定可靠， 同时硬件接口简单，显示器可采用各种不同大小

25、的 7 段显示器件，具有较大的实用。 参考文献 1 可编程控制器实用技术 王兆义 主编 机械工业出版社 2 流行 PLC 实用程序及设计 贺哲荣 主编 西安电子科技大学出版社 3 电气控制与可编程序控制器技术 史国生 主编 化学工业出版社 4 可编程控制器应用技术 张万忠 主编 化学工业出版社 5 电器控制及可编程控制器 张凤珊 主编 中国轻工业出版社 致 谢 为期近半年的论文写作即将画上一个圆满的句号，在论文写作的过程中，从论文的选题 到确定思路，从资料的搜集、提纲的拟定到内容的写作与修改，继而诸多观点的梳理，都得 益于我的导师孙式运老师的悉心指导和匠心点拨。 论文的点评中总是闪烁着智慧的火花，与他的每次交谈我都能从中获益。他渊博的学识， 敏锐的学术洞察力，严谨的治学态度，一丝不苟的负责精神，以及对学生孜孜不倦的教诲都 给予了我极其深刻的印象，让我受益匪浅。在此，谨向孙老师表示我最衷心地感谢和最诚挚 的敬意。 同时，也向两年来所有教授过我和帮助过我的老师表示感谢，感谢您们对我的谆谆教诲、 耐心指导和无私的帮助。 感谢我的同学和朋友们，感谢你们在我论文写作过程中给予我的鼓励、关心和无私的帮 助。 最后，衷心地感谢我的家人，感谢你们一直以来给予我的支持和鼓励。