電氣控制與plc
課程設計
題目七段碼數字鐘設計
院系名稱電氣工程學院
目錄1 系統概述1
2 方案論證1
3 硬體設計1
3.1系統的原理方框圖略）
3.2 主電路
3.3 i/o分配
3.3 i/o接線圖
3.4 元器件選型
4 軟體設計1
4.1主流程
4.2梯形圖
5 系統除錯
設計心得
參考文獻
第一章系統的概述
1.1 具體的方法和步驟
1.進行總體設計規劃，合理分配i/o點，並繪出電氣控制線路的原理草圖。
2.繪製電氣原理圖，計算並選擇電器元件。
3.編寫plc軟體清單並進行模擬除錯。
4.編寫任務說明書
1.2 控制任務：
電子鐘顯示的內容通常有月、日、星期、時、分、秒等。本系統只顯示時、分、秒 ,採用七段顯示器顯示各位數字 ,顯示數值的範圍如表 1 所示。**括號中的數字表示顯示的數字範圍。
表1 電子鐘顯示內容與數值
(1) 由plc控制的大型數字電子鐘由6個7段l e d發光管組成。
(2) 左邊兩個數碼管顯示0～23小時,中間兩個數碼管顯示00～60分,後邊兩個發光二極體顯示秒(即每秒閃爍一次)。
(3）顯示時、分、秒；
(4) 時、分、秒中間間隔的「：」用led燈（24v）實現，並保持一直亮著的狀態。
(5) 開始狀態時,顯示為00:00:00,啟動以後開始計時。
第二章方案論證
2.1 方案論證
目前常用的數字電子鐘控制方法有①微控制器控制②plc控制。兩種方式的控制原理基本相似，都是分別以各自的主控器件來完成門訊號的採集、執行狀態控制和設定，達到自動調節和控制執行的功能。本設計採用plc控制方式，選用三菱fx2n 128mr作控制器，繼電器輸出，時間顯示用6個數碼管,完成本設計要求的各項指標，實現數字電子鐘的控制。
數字電子鐘是乙個將「 時」，「分」，「秒」顯示於人的視覺器官的計時裝置。它的計時週期為24小時，plc控制数字電子鐘採用數碼管顯示。
2.2.控制要求
數字電子鐘的控制要求如下：
（1） 開機時初始狀態顯示為00時00分00秒，按下啟動按鈕，控制器開始計時工作。
（2） 能將時間顯示調整到當前的時間。
（3） 設定相應的手動按鈕，使控制器使用更加方便。
2.3數碼管顯示原理
開機時顯示為00時00分00秒
plc的輸出點分別接到七段數碼管的y0~y6上。要顯示數字只需要y0~y6有輸出訊號。例如，顯示1只需y1和y2有訊號輸出，它的十進位制常數為k6=1*2+1*4,即k6轉換為二進位制數正好滿足要求。
再把常數值k6由mov指令傳送到相應的數碼管就可以顯示數字了。
2.4 數字電子鐘的程式
（1）控制任務
設計乙個數字電子鐘，用led數碼管顯示當前的時間，根據控制要求，需要顯示的時間如下：
秒：由m8013來實現一秒的脈衝發生器
分鐘：顯示範圍為00—59，用兩隻led數碼管顯示
小時：顯示範圍為00—23，用兩隻led數碼管顯示
（2）led數碼管的工作原理
乙隻led數碼管可以看成是一組led，有兩種接線方式，一種是共陰極接法，一種是共陽極接法。當發光二極體為正向偏置時，就會點亮。
（3）秒脈衝發生器
所謂秒脈衝發生器就是每秒生成乙個脈衝，這個脈衝是所有計時器的基準，可以通過程式設計的方式實現，也可以利用pic的特殊繼電器，如fx2n 128mr的週期為1秒的脈衝發生器m8013來實現，程式設計更簡單。
第三章硬體設計
3.1系統的原理方框圖
根據plc的內部工作原理可作出如下的原理方框圖：利用內部的脈衝發生器殘生單位脈衝進行計時，每當發生溢位就要進行清零，繼續計時.利用microsoft visio 繪圖進行繪圖如下：
3.2 主電路
根據實際的時鐘的顯示原理，利用plc的輸出口進行驅動，利用plc的輸出口接上解碼器進行解碼，一組輸出對應16進製制的數字從0到f在數碼管上的顯示0到f。用protel進行繪圖，繪圖結果如下：
3.3 i/o分配
根據實際的控制要求分配io口結果如下：
3.4 i/o接線圖
根據io分配利用microsoft visio 繪圖進行繪圖
3.5 元器件選型
元件清單
3.5.1數位電路cd4511的原理（引腳及功能）
cd4511是乙個用於驅動共陰極 led （數碼管）顯示器的 bcd 碼—七段碼解碼器，特點：具有bcd轉換、消隱和鎖存控制、七段解碼及驅動功能的cmos電路能提供較大的拉電流。可直接驅動led顯示器。
cd4511 是一片 cmos bcd—鎖存/7 段解碼/驅動器，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，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼「8」，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。
bi為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， b1端應加高電平。另外 cd4511有拒絕偽碼的特點，當輸入資料越過十進位制數9(1001)時，顯示字形也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸資料。
a～g是 7 段輸出，可驅動共陰led數碼管。另外，cd4511顯示數「6」時，a段消隱；顯示數「9」時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數時，字形不太美觀圖3是 cd4511和cd4518配合而成一位計數顯示電路，若要多位計數，只需將計數器級聯，每級輸出接乙隻 cd4511 和 led 數碼管即可。所謂共陰 led 數碼管是指 7 段 led 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。
限流電阻要根據電源電壓來選取，電源電壓5v時可使用300ω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bi=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處於熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。
lt：3腳是測試輸入端，當bi=1，lt=0 時，解碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態如何，七段均發亮，顯示「8」。它主要用來檢測數碼管是否損壞。
le：鎖定控制端，當le=0時，允許解碼輸出。 le=1時解碼器是鎖定保持狀態，解碼器輸出被保持在le=0時的數值。
a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。
a、b、c、d、e、f、g：為解碼輸出端，輸出為高電平1有效。
的工作真值表如表
表cd 4511的真值表
第四章軟體設計
4.1主流程
這是自己做這個題目的總體思路，主要的流程，相當於製作的原理。
4.2梯形圖
根據系統要求顯示時、分、秒的24小時範圍的時間的電子鐘，秒需要進行閃爍，可得如下梯形圖
第五章系統除錯
利用三菱的gx-developer7.08安裝版軟體進行計算機上的模擬的除錯，程式的執行步驟是正常的，按下x000程式開始執行，各暫存器、輸出口開始得電，正常執行，按下x002把整體進行復位，所有的輸出口清零。按下x001使顯示暫停，不在變化。
設計心得
通過這次課程設計，我認識到了實踐課程的重要性，這是理論與實踐相結合的過程，是驗證知識實用性的過程。我在暑假的時候參加了一段時間電子設計大賽，對這次課程設計比較有幫助，我也比較了解數碼管的顯示原理，只不過電子設計大賽中用的是微控制器控制，但是原理是很像的，用plc控制主要用的是功能指令進行控制，plc功能指令也很強大，同時也認識到自己學到的東西太淺了，要更加深入的學習和和深入的研究，雖然與微控制器顯示不同，對控制器要好好掌握，對於以後的專業課程設計，畢業設計，電子製作的實踐性的課程都有很大的幫助，讓我們收穫很大，對將來的老師的答辯都有很好的鋪墊作用。這次的製作全是是自己親力親為的，感覺很充實，很認真的態度，希望能得到老師的認可。
參考文獻
[1].電氣控制與plc 機械工業出版社任勝傑主編
[2].三菱plc功能手冊 fx-中文手冊
[3].數碼管顯示藉口
[4].cd4511功能手冊
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