基于PLC控制的數(shù)字顯示電子鐘畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要 本文是介紹采用三菱fx240mrcd4511plc編寫數(shù)字顯示電子鐘，顯示器采用七段led顯示器，共接入6位，從左至右分別表示秒、時(shí)、分的個(gè)、時(shí)位。采用bcd碼驅(qū)動(dòng)器cd4511把plc輸出的時(shí)、分、秒等顯示bcd碼變換成對(duì)應(yīng)的顯示器所要求的7段驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于顯示位數(shù)較多，故顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式，plc的輸出類型為晶體管源輸出（正邏輯），其中輸出端子y0y3輸出第一組顯示器的bcd信號(hào)，y10y13輸出第二組顯示器的bcd信號(hào)，y4y7依次為各組顯示器的選通信號(hào)。 關(guān)鍵詞：plc，驅(qū)動(dòng)器, 晶體管abstract this article is introduced 40mrcd451

2、1plc - write fx2 mitsubishi electric clock, the display uses digital display of 7 led display, two groups of eight access, including the first group (above) is used to indicate the four hours, points, from left to right, said the ten months, 10 days of bits and bytes,. using the plc cd4511 bcd drive

3、r output month, day, and classification of converting bcd display monitor requested of seven driver signal. because of that, it shows more digits display mode by using dynamic, plc output type transistor source output (for), which is logical y0 output terminals output first group y3 y10 signal monit

4、or bcd y13 the second group displays output signal, y4 y7 bcd in groups of communication, display. keywords: programmable logic controller , drive , transistor前 言可編程控制器(programmable logical controller)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸

5、出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。plc自身具有完善的功能，模塊化的結(jié)構(gòu)，以及開發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高的特點(diǎn)和較高的性價(jià)比，使其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景廣闊，而且隨著集成電路的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，plc必將能夠有更大的用武之地。目 錄第1章 plc概述11.1 plc的產(chǎn)生11.2 plc的功能和特點(diǎn)11.3 plc的結(jié)構(gòu)與工作過程41.4 plc的應(yīng)用與發(fā)展7第2章 plc控制的數(shù)字顯示電子鐘82.1設(shè)計(jì)目的82.2設(shè)計(jì)要求82.3電子鐘的顯示數(shù)值范圍、plc控制的硬件接口及軟件設(shè)計(jì)82.4數(shù)字電路cd4511的原理（引腳及功能）12第3章 程序設(shè)計(jì)203.1數(shù)字顯示電子鐘主程序20

6、3.2梯形圖233.3接線圖25結(jié) 論31致 謝32參考文獻(xiàn)33第1章 plc概述1.1 plc的產(chǎn)生1.1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國通用汽車公司（gm）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc（programmable logic controller）。 2. 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使plc從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱pc（programmable controller）。但由于pc容易與個(gè)人計(jì)

7、算機(jī)（personal computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用plc作為可編程控制器的縮寫。3. 1985年國際電工委員會(huì)（iec）對(duì)plc的定義如下：可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它采用了可以編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。4. plc是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱電控制強(qiáng)電。5. plc是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)

8、和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位1.2 plc的功能和特點(diǎn)plc是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化(fa)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)內(nèi)占重要地位。今天的plc功能，遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。1.2.1 plc的功能1plc系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成： 多種控制功能 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能 輸入/輸出接口調(diào)理功能 人機(jī)界面功能 編程、調(diào)試功能 控制功能邏輯控制：plc具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。 定時(shí)控制：它為用戶提供了若干個(gè)電

9、子定時(shí)器，用戶可自行設(shè)定：接通延時(shí)、關(guān)斷延時(shí)和定 時(shí)脈沖等方式。 計(jì)數(shù)控制：用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測。 順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺(tái)plc可作為多部步進(jìn)控制器使用。2 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能： 基本算術(shù)：加、減、乘、除。 擴(kuò)展算術(shù)：平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算。 比較：大于、小于和等于。 數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化、移動(dòng)和先入先出。 模擬數(shù)據(jù)處理：pid、積分和濾波。 3輸入/輸出接口調(diào)理功能具有a/d、d/a轉(zhuǎn)換功能，通過i/o模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。 具有溫度測量接口，直接連接各

10、種電阻或電偶。 4通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代plc大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有rs232或rs485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程i/o控制，多臺(tái) plc可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。 通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。如西門 子s7-200的profibus現(xiàn)場總線口，其通信速率可以達(dá)到12mbps。 在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)plc構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的scada系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用plc作現(xiàn)

11、場機(jī)。5、人機(jī)界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息。允許操作者和pc系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。 實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機(jī)的crt顯示與鍵盤操作和 用通信處理器、專用處理器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 6、編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗(yàn)和記錄，并通過打印機(jī)打印出程序文件。 1.2.2 可編程控制器的主要特點(diǎn) 1可靠性高plc的mtbf一般在4000050000h以上，西門子、abb、松下等微小型plc可達(dá)10萬h以上，而且均有完善的自診斷功

12、能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。 2模塊化組合靈活可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。i/o從88192點(diǎn)，有多種機(jī)型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。 3功能強(qiáng)plc應(yīng)用微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)，簡單型式都具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。基本 型式再加上模擬i/o、基本算術(shù)運(yùn)算、通信能力等。復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴(kuò)展的計(jì)算能力、多級(jí)終端機(jī)制、智能i/o、pid調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、遠(yuǎn)程i/o、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。 4編程方便plc適用針對(duì)工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(sfc)編程，不需要太多 的計(jì)算機(jī)編

13、程知識(shí)。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī)上編程。 5適應(yīng)工業(yè)環(huán)境plc的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境 下可靠工作。這是plc產(chǎn)品的市場生存價(jià)值。 6安裝、維修簡單與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，plc安裝不需要特殊機(jī)房和嚴(yán)格的屏蔽。使用時(shí)只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個(gè)模件上設(shè)有運(yùn)行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時(shí)間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機(jī)時(shí)間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對(duì)故障模件進(jìn)行修復(fù)，這對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。一些plc外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的

14、合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散熱槽，在高溫 下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(rf高頻)電磁干擾、防火等。 7運(yùn)行速度快隨著微處理器的應(yīng)用，使plc的運(yùn)行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別不是很明顯。 8plc的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價(jià)格。另外，采用plc還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。 plc系統(tǒng)與工業(yè)總線計(jì)算機(jī)和dcs系統(tǒng)相互滲透，互為借鑒，相互競爭而發(fā)展。促進(jìn)了工業(yè)的 進(jìn)步。plc產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制

15、的更高需要。 1.3 plc的結(jié)構(gòu)與工作過程1.3.1 plc系統(tǒng)組成及各部分的功能一系統(tǒng)組成。cpu運(yùn)算和控制中心，存儲(chǔ)器，輸入/輸出接口，編程器，二各部分的作用。1 cpu運(yùn)算和控制中心起“心臟”作用。當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲(chǔ)器中，然后cpu根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成plc內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，cpu將之存入工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中或輸入映象寄存器。然后由cpu把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動(dòng)器。組成：cpu由控制器、運(yùn)算器和

16、寄存器組成。這些電路集成在一個(gè)芯片上。cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與i/o接口電路相連接。2 存儲(chǔ)器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、rom組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ram）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為35年。3輸入/輸出接口（1）輸入接口：光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級(jí)管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)

17、光二極管就產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三級(jí)管：在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系。輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成plc內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。（2）輸出接口plc的繼電器輸出接口電路工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有

18、電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。三種類型：繼電器輸出：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載晶體管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長、直流負(fù)載晶閘管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長、交流負(fù)載4編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實(shí)驗(yàn)室使用的就是手持編程器。二種是通過plc的rs232口。與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過nstp-gr軟件（或windows下軟件）向plc內(nèi)部輸入程序。1.3.2 plc的基本工作原理一plc采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1每次掃描過程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。2輸入

19、刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。3一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5掃描周期的長短由三條決定。（1）cpu執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時(shí)間（3）指令條數(shù)6由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。二plc與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別1plc與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“軟件”，后者用“硬件”。2plc與微機(jī)區(qū)別前者工作方式是“循環(huán)掃描”。后者工作方

20、式是“待命或中斷”plc 編程方式plc最突出的優(yōu)點(diǎn)采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。plc編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。梯形圖語言特點(diǎn)：1每個(gè)梯形圖由多個(gè)梯級(jí)組成。2梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級(jí)的邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”時(shí)，有假想的電流通過。3繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點(diǎn)可以出現(xiàn)無數(shù)次。4每一梯級(jí)的運(yùn)算結(jié)果，立即被后面的梯級(jí)所利用。5輸入繼電器受外部信號(hào)控制。只出現(xiàn)觸點(diǎn)，不出現(xiàn)線圈。1.3.3主要技術(shù)性能用戶程序存儲(chǔ)容量：是衡量可存儲(chǔ)用戶應(yīng)用程序多少的指標(biāo)。通常以字或k字為單位。16位二進(jìn)

21、制數(shù)為一個(gè)字，每1024個(gè)字為1k字。plc以字為單位存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)。一般的邏輯操作指令每條占1個(gè)字。定時(shí)/計(jì)數(shù)，移位指令占2個(gè)字。數(shù)據(jù)操作指令占24個(gè)字。1.3.4 plc的分類按結(jié)構(gòu)分類：1整體式：是把plc各組成部分安裝在一起或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在機(jī)殼內(nèi)形成一個(gè)單一的整體，稱之為主機(jī)或基本單元、小型、超小型plc采用這種結(jié)構(gòu)。2模塊式：是把plc各基本組成做成獨(dú)立的模塊。中型、大型plc采用這種方式。便于維修。1.4 plc的應(yīng)用與發(fā)展1.4.1 plc的發(fā)展趨勢1.向小型化、專業(yè)化、低成本方向發(fā)展;2.向大容量,高速度方向發(fā)展;3.智能型i/o模塊的發(fā)展;4.基于p

22、c的編程軟件取代編程器;5.plc編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化;6.plc通信的易用化;7.組態(tài)軟件與plc的軟件化;8.plc與現(xiàn)場總線相結(jié)合1.4.2 plc的應(yīng)用領(lǐng)域plc已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。plc的應(yīng)用范圍可分成5種類型。（1）順序控制如印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、機(jī)床裝配生產(chǎn)線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制plc把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。（3）過程控制plc還能控制大量的過程參數(shù)，如溫度、流量、壓力和液位。一個(gè)具有pid控制能力的plc可用于過程控制。（4）數(shù)據(jù)處理在機(jī)械加工中,plc作為主要的控

23、制與管理系統(tǒng)可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。（5）通信網(wǎng)絡(luò)第2章 plc控制的數(shù)字顯示電子鐘2.1設(shè)計(jì)目的1. 熟悉集成電路的引腳安排。2. 掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3. 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。4. 熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。2.2設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)指標(biāo) 時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期； 顯示時(shí)、分、秒； 有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。2設(shè)計(jì)要求 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試；3制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)

24、現(xiàn)問題和解決問題。4編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。2.3電子鐘的顯示數(shù)值范圍、plc控制的硬件接口及軟件設(shè)計(jì)1 電子鐘的顯示數(shù)值范圍 電子鐘顯示的內(nèi)容通常有月、日、星期、時(shí)、分、秒等。本系統(tǒng)只顯示月、日、時(shí) 、分、秒，采用七段顯示器顯示各位數(shù)字，顯示數(shù)值的范圍如表1所示。表格括號(hào)中的數(shù)字表示顯示的數(shù)字范圍，表示不顯示狀態(tài)。 月份顯示共有112這十二種數(shù)字。月的個(gè)位顯示數(shù)的基本值為09，月份的十位數(shù)字顯示1或不顯示。日的個(gè)位顯示值為09，日的十位有、1、2、3四種情況。時(shí)的顯示有12小時(shí)和24小時(shí)之分，取24小時(shí)顯示，則時(shí)的個(gè)位顯示為09，時(shí)的十位顯示為、

25、1、2。分和秒的顯示數(shù)字完全相同，在實(shí)際顯示情況下，秒值不一定顯示，而以的閃動(dòng)形式來表示，閃動(dòng)頻率為1hz。分顯示值為0059，分的個(gè)位顯示值為09，分的十位顯示為05六個(gè)數(shù)字。2plc控制硬件接口 用plc實(shí)現(xiàn)電子鐘的硬件接口電路如圖1所示。圖中plc采用三菱fx240mr，顯示器采用七段led顯示器，共接入兩組共8位，其中第一組（上面）4位用來表示小時(shí)、分,從左至右分別表示月的十位、月的個(gè)位、日的十位、日的個(gè)位。采用bcd碼驅(qū)動(dòng)器cd4511把plc輸出的月、日、時(shí)、分等顯示bcd碼變換成對(duì)應(yīng)的顯示器所要求的7段驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于顯示位數(shù)較多，故顯示采用動(dòng)態(tài)顯示方式，plc的輸出類型為晶體管源

26、輸出（正邏輯），其中輸出端子y0y3輸出第一組顯示器的bcd信號(hào)，y10y13輸出第二組顯示器的bcd信號(hào)，y4y7依次為各組顯示器的選通信號(hào)。圖中秒信號(hào)輸出為1hz方波，可作秒點(diǎn)閃動(dòng)信號(hào)，與電子手表中的秒點(diǎn)閃動(dòng)相同，表示在走時(shí)；圖中的時(shí)信號(hào)輸出為一脈沖，表示整點(diǎn)小時(shí)時(shí)刻到的定時(shí)脈沖信號(hào)，可作控制用，如每小時(shí)放一次音樂控制。3 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用軟件定時(shí)，在程序的控制下得到月、日、時(shí)、分信號(hào)，由plc輸出端輸出bcd碼，通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)各7段顯示器。系統(tǒng)軟件分為主程序和中斷服務(wù)程序，分別如圖2、圖3所示。在執(zhí)行正常的程序運(yùn)行前，應(yīng)用鍵操作輸入月、日、時(shí)、分秒信息，才能使plc在下個(gè)正確的時(shí)刻開

27、始執(zhí)行計(jì)時(shí)程序。初始化開中斷等待中斷開始執(zhí)行計(jì)時(shí)程序。1）主程序 主程序主要完成月、日、時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)寄存器的初始化，設(shè)置中斷指針及開放中斷等功能。當(dāng)然，當(dāng)定時(shí)時(shí)鐘只是plc控制系統(tǒng)的一部分，則主程序還包括控制系統(tǒng)的其它控制功能。 fx2的中斷有兩種方式：外部輸入信號(hào)觸發(fā)中斷及定時(shí)器中斷。對(duì)外部輸入信號(hào)觸發(fā)中斷，輸入信號(hào)為x0x5；對(duì)定時(shí)器中斷，定時(shí)時(shí)間范圍為10ms99ms，定時(shí)器中斷號(hào)為68。本系統(tǒng)采用定時(shí)器中斷方式，定時(shí)時(shí)間為10ms，所以中斷指針為i610，即每隔10ms就執(zhí)行標(biāo)號(hào)為i610后面的中斷程序，并根據(jù)iret指令返回。2）中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序完成計(jì)時(shí)及月、日、時(shí)、分

28、、秒等信次數(shù)，每10ms中斷一次，若d250表示為05秒，d2100表示為1秒，根據(jù)d2內(nèi)容即可輸出頻率為1hz的方波秒信號(hào)。其它分、時(shí)、日、月也有相應(yīng)的存貯單元如數(shù)據(jù)寄存器d3、d4、d5、d6，各按相對(duì)應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)分的存貯單元內(nèi)容為60時(shí)，應(yīng)輸出時(shí)信號(hào)。 月、日、時(shí)、分的顯示采用動(dòng)態(tài)顯示，考慮到動(dòng)態(tài)顯示方式下，每位掃描間隔時(shí)間不能太長，不然會(huì)出現(xiàn)閃爍甚至走動(dòng)現(xiàn)象，所以采用定時(shí)器中斷（10ms）顯示的方法，在中斷服務(wù)程序中，執(zhí)行一位led的顯示輸出操作。顯示子程序如圖4所示。圖中d0為第一組顯示器的輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，d1為第二組顯示器輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖四 圖4中顯示輸出采用帶鎖存的7段

29、顯示指令，指令梯形圖如下： 指令中參數(shù)k用于選擇7段顯示器數(shù)據(jù)輸入、選通信號(hào)的正負(fù)邏輯及顯示單元的組數(shù)（1或2），它取決于plc邏輯與7段顯示邏輯的相互配合，其配合如表2、表3所示。 對(duì)二組4位顯示，當(dāng)7段顯示的數(shù)據(jù)輸入及選通信號(hào)的邏輯與plc邏輯相同時(shí)，參數(shù)k取4。本系統(tǒng)為二組四位顯示，且plc為正邏輯，顯示數(shù)據(jù)輸入為正邏輯，選通信號(hào)為正邏輯，所以參數(shù)取4，即為k4。2.4 數(shù)字電路cd4511的原理（引腳及功能）cd4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的cmos電路能提供較大的拉電流?？芍?/p>

30、接驅(qū)動(dòng)led顯示器。cd4511 是一片 cmos bcd鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 2 所示。其中a b c d 為 bcd 碼輸入，a為最低位。lt為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。bi為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， b1端應(yīng)加高電平。另外 cd4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰led數(shù)碼管。另外，cd4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“

31、9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 cd4511和cd4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 cd4511 和 led 數(shù)碼管即可。所謂共陰 led 數(shù)碼管是指 7 段 led 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5v時(shí)可使用300的限流電阻。cd4511引腳圖其功能介紹如下： bi：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 lt：3腳是測試輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何

32、，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時(shí)，允許譯碼輸出。 le=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時(shí)的數(shù)值。 a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。1. cd4511的引腳 cd4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級(jí)，通常用以驅(qū)動(dòng)led。其引腳圖如3-2所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示a、b、c、d；5、4、3分別表示le、bi、lt；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表

33、示輸入，右邊表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是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.鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端le的電平狀態(tài)。 當(dāng)le為“0”電平導(dǎo)通，tg2截止；當(dāng)le為“1”電平時(shí)，tg1截止，tg2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。如圖（1）譯碼 cd4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù) 據(jù)b、c進(jìn)行組合，得出四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)a、d一起用或非門譯碼。 （2）消隱 bi為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使b端輸出為低電平，字形消隱。消隱控制

34、電路如圖所示。 消隱輸出j的電平為 j=（c+b）d+bi如不考慮消隱bi項(xiàng)，便得j=（b+c）d據(jù)上式，當(dāng)輸入bcd代碼從1010-1111時(shí)，j端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。8421 bcd 碼對(duì)應(yīng)的顯示見下圖：cd4511驅(qū)動(dòng)共陰極led數(shù)碼管的典型接線靜態(tài)特性第3章 程序設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字顯示電子鐘主程序說明：x0復(fù)位按鈕；x5為手動(dòng)時(shí)，x2手動(dòng)調(diào)秒，x3手動(dòng)調(diào)分，x4手動(dòng)調(diào)時(shí)；x5手動(dòng)關(guān)時(shí)，整個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)、分、秒自動(dòng)運(yùn)行；k1y0、k1y4進(jìn)行秒顯示；k1y10、k1y14分顯示、k1y20、k1y24時(shí)顯示。1.比較指令cmpcmp指令時(shí)將兩個(gè)操作數(shù)大小進(jìn)行比較，然后將

35、比較結(jié)果通過指定的位元件（占用連續(xù)的3個(gè)點(diǎn)）進(jìn)行輸出的指令，指令的輸出結(jié)果如圖所cmp指令的目標(biāo)d.假如指定為m0，則m0m1m2將被占用。當(dāng)x0為on，則比較的結(jié)果通過目標(biāo)元件m0m1m2輸出；當(dāng)x0為off，則指令不執(zhí)行，m0m1m2的狀態(tài)保持不變，要清除比較結(jié)果的話，可以使用復(fù)位指令或區(qū)間復(fù)位指令。2.傳送指令mov常數(shù)可以傳送到數(shù)據(jù)寄存器，寄存器與寄存器之間也可以傳送，此定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值也可以被傳送到寄存器。mov指令除了進(jìn)行16位數(shù)據(jù)傳送外，也可以進(jìn)行32位數(shù)據(jù)傳送，但必須在mov指令前加d。3.區(qū)間復(fù)位指令zrst在zrst指令中，d1.和d2.應(yīng)該是同一類元件，而且d1.的編號(hào)要比d2.小，如果d1.的編號(hào)比d2.大，則只有d1.指定的元件復(fù)位。3.2 梯形圖說明：0：整體復(fù)位 6：自動(dòng)計(jì)時(shí)和手動(dòng)調(diào)時(shí)，初始條件 20：秒個(gè)位 50：秒十位 80：分個(gè)位 115：分十位 145：時(shí)個(gè)位204：時(shí)十位x000是復(fù)位按鈕，x5是自動(dòng)計(jì)時(shí)和手動(dòng)調(diào)時(shí)的初始條件，c1為1時(shí)，c2是復(fù)位c1，c1為常閉時(shí)自動(dòng)計(jì)時(shí)。m8013是一秒脈沖，d0是秒個(gè)位存儲(chǔ)器，x2是秒個(gè)位手動(dòng)調(diào)整，當(dāng)m1為1時(shí)秒個(gè)位進(jìn)位到秒十位，從20-80是完成秒的運(yùn)算。m11是分的個(gè)位