PLC控制的数字显示电子钟设计（最终稿）

青岛理工大学

毕 业 论 文

题目： PLC控制的数字显示电子钟设计

学生姓名： 学生学号： 院系名称： 专业班级： 指导教师：

2013年 6 月 15 日

毕业设计任务书

专业 机电一体化 班级 姓名 下发日期 2013-3-1 题目 专题 PLC控制的数字显示电子钟设计 PLC控制 1. 该课题基于PLC控制的数字电子显示钟并运用传感器、PLC等电 器元件完成系统要求的控制步骤。要求应具有PLC、数字显示控制等方面的专业知识。 2. 编写程序使电子钟完成数字显示。 3. 设定内部控制节点，外部控制节点，使PLC能和组态软件、硬件部分进行充分配合连接。 4. 调试软件，完成整个控制系统的控制过程。 主 要 内 容 及 要 求 1.设计出系统模型，实现预期目标。 术参数 2.系统布局合理，手动/自动的相互切换。 3.系统能准确、迅速的按程序运行。 主要技进 度 及 完 成 日 期 1.2013年4月8日—2013年4月19日：网上浏览图片，提高感性认识。 2.2013年4月20日—2013年5月5日：查找资料，选择相应组态软件。 3.2013年5月6日—2013年5月21日：设计、数字显示控制系统。 4.2013年5月22日—2013年6月6日：调试程序与硬件部分，完成初稿。 5.2013年6月7日—2013年6月20日：写毕业论文，组织答辩，写出评定意见。 教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 2013-3-1 指导教师签字 日 期 2013-3-1 指 导 教 师 评 语 指导教师: 2013年 6 月 16 日

青岛理工大学毕业设计评阅意见表

设计题目 评价项目 评价标准（A级） PLC控制的数字显示电子钟设计 满分 评 分 A 10 10 ≤12 B 9 C 8 D 7 E ≤6 文献能独立地利用多种方式查阅中外文资料献；能正确翻译外文资料；能正确利用有效地利用各种规范、设计手册等。 能力 研究方案设计合理；设计方法科学；综合技术线路先进可行；理论分析和计运用算正确；动手能力强；能独立完成能力 设计；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观真实。 设计结构严谨；逻辑性强；语言文设计字表准确流畅；格式、图、表规范；质量 有一定的学术水平或实际价值 创新有较强的创新意识；所做工作有较能力 大突破；设计有独到见解 工作量 工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。 19－20 17－18 15－16 13－14 20 37-40 40 15 15 15 15 32-36 13-14 13-14 28-31 11-12 11-12 25-27 10 10 ≤24 ≤9 ≤9 总分 是否同意将该设计提交答辩：是（ ） 否（ ) 具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日 注：1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分<60分，“设计质量”<24分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。

该设计须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。

答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩

指导教师给定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 （40%） 总 评 答辩委员会主席 签字

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摘 要

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

可编程控制器（PLC）是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器--接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。

近几年，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。为此，各高校的电器自动化、电气工程、供用电技术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的课程。 本文是介绍数字显示电子钟，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Y0～Y3输出第一组显示器的BCD信号，Y10～Y13输出第二组显示器的BCD信号，Y4～Y7依次为各组显示器的选通信号。

关键词：PLC，驱动器, 晶体管

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ABSTRACT

Digital clock has become the people daily life the essential necessities, widely used in personal family and the station, wharf, theater, office and other public places, brings great convenience to people's life, study, work, entertainment. Due to the development of digital integrated circuit technology and adopts the advanced quartz technology, enables the digital clock is accurate, stable performance, easy to carry, it is also used in various fields of timing, automatic alarm and automatic control etc.

Programmable logic controller (PLC) is a universal industrial control device with microprocessor as the core, it will be the traditional relay - contactor control system and computer control technology closely, computer, control, communication, provides automatic control device almost perfect modern industrial automation. In recent years, the programmable controller due to its excellent control performance, high reliability, used in all walks of life in the increasingly widespread. Therefore, the electrical automation, electrical engineering, power supply technology, mechatronics have opened the relevant principle and application of programmable logic controller course.

This article is 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 driver 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 monitor BCD Y13 ~ the second group displays output signal, Y4 ~ Y7 BCD in groups of communication, display.

Key words: Programmable Logic Controller , Drive , Transistor

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目 录

摘 要 .............................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................. II 前 言 ............................................................................................................................. 1 第一章 PLC的概要 ................................................................................................. 2 1.1 PLC的由来 .......................................................................................................... 2 1.2 PLC的特点及发展 .............................................................................................. 3 1.2.1 PLC的特点 ................................................................................................... 3 1.2.2 PLC的发展趋势 ........................................................................................... 4 1.3 PLC的功能与应用 .............................................................................................. 4 1.3.1 PLC的功能 ................................................................................................... 4 1.3.2 PLC的应用 ................................................................................................ 6 1.4 本章小结 ............................................................................................................ 6 第二章PLC控制系统的概要 ...................................................................................... 7 2.1 PLC控制系统的组成及各部分的功能 .............................................................. 7 2.1.1 系统组成 ...................................................................................................... 7 2.1.2 PLC控制系统的各部分的功能 ................................................................... 7 2.2 PLC控制系统的基本工作原理 .......................................................................... 9 2.2.1 PLC的工作方式 ........................................................................................... 9 2.2.2 PLC与继电器控制系统、微机区别 ........................................................... 9 2.3 PLC的编程 ........................................................................................................ 10 2.3.1 PLC的编程方法 ......................................................................................... 10 2.3.2 PLC的编程语言及特点 ............................................................................. 10 2.4 PLC系统的主要参数及分类 ............................................................................ 10 2.4.1 PLC的主要参数 ......................................................................................... 10 2.4.2 PLC系统的分类 ......................................................................................... 10 2.5 PLC控制系统的一般步骤 ................................................................................ 11 2.6 PLC机型的选择方法 ..................................................................................... 12 2.6.1 PLC 机型选择的基本原则 .................................................................... 12 2.6.2 PLC机型的选择方法 .............................................................................. 12 2.7 本章小结 ......................................................................................................... 15 第三章 数字显示电子钟的硬件设计 ....................................................................... 16 3.1 PLC控制的设计的一般步骤 ............................................................................ 16 3.2 PLC控制的硬件接口 ........................................................................................ 16 3.3 数字电路CD4511的原理（引脚及功能） .................................................... 17 3.3.1数字电路CD4511的原理 .......................................................................... 17 3.3.2 CD4511的引脚 ........................................................................................... 18

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3．3．3 锁存功能 .............................................................................................. 19 3.4电子钟的显示基本原理 .................................................................................... 21 3.4.1 电子钟的显示基本原理 ............................................................................ 21 3.4.2电子钟的显示控制要求 ............................................................................. 22 3.4.3电子钟的显示总体设计思想 ..................................................................... 22 3.4.4 电子钟的显示具体设计过程 .................................................................... 22 3.4.5 编程元的地址分配 .................................................................................... 23 3.5 数字电子钟控制系统的方案 ............................................................................. 23 3.5.1方案论证 ...................................................................................................... 23 3.5.2.控制要求 ...................................................................................................... 24 3.6 7段数码管的结构与工作原理 ........................................................................... 24 3.7本章小结 .............................................................................................................. 25 第四章 数字显示电子钟软件设计 ........................................................................... 26 4.1 数字显示电子钟的软件设计 ........................................................................... 26 4.2 数字显示电子钟的程序 ................................................................................... 28 4.3 数字显示电子钟主程序设计 ........................................................................... 29 4.4 数字电子钟软件系统程序流程框图 ............................................................... 30 4.5 中断服务程序流程框图 ................................................................................... 31 4.6 数字显示电子钟梯形图 ................................................................................... 32 4.7 数字显示电子钟接线图 ................................................................................... 33 4.8 本章小结 ........................................................................................................... 33 结 论 ........................................................................................................................... 34 致 谢 ........................................................................................................................... 35 参考文献 ..................................................................................................................... 36 附 录 ........................................................................................................................... 37

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前 言

PLC英文全称Programmable Logic Controller中文全称为可编程逻辑控制器，定义是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。

可编程控制器（PLC）是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器--接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。

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。

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。

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第一章 PLC的概要

70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PLC（programmable controller）。

本章作为基础主要介绍PLC的由来及发展，以及它的特点与应用，在学习之前首先明白它的一些基础知识，以便为下面的学习打下基础。

1.1 PLC的由来

1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（programmable logic controller）。 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmable controller）。但由于PC容易与个人计算机（personal computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。

1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。

PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。

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1.2 PLC的特点及发展

1.2.1 PLC的特点

1．可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。

2．模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从8～8192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。

3．功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本 型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。

4．编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多 的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。

5．适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境 下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。 6．安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障，并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温 下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。

7．运行速度快，随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它更

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符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。 8．PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各 厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。

PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透，互为借鉴，相互竞争而发展。促进了工业的 进步。PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需要。

1.2.2 PLC的发展趋势

1.向小型化、专业化、低成本方向发展。 2.向大容量,高速度方向发展。 3.智能型I/O模块的发展。 4.基于PC的编程软件取代编程器。 5.PLC编程语言的标准化。 6.PLC通信的易用化。 7.组态软件与PLC的软件化。 8.PLC与现场总线相结合。

1.3 PLC的功能与应用

1.3.1 PLC的功能

1. PLC系统一般由以下基本功能构成：多种控制功能 、 数据采集、存储与处理功能 、通信联网功能 、 输入/输出接口调理功能、 人机界面功能 、 编程、调试功能 、控制功能。

2. 继逻辑控制：PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替电器进行开关量控制。

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1） 定时控制：它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定：接通延时、关断延时和定 时脉冲等方式。

2） 计数控制：用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。

3） 顺序控制：在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。

3. 数据采集、存储与处理功能数学运算功能： 基本算术：加、减、乘、除。

扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。 比较：大于、小于和等于。

数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。 模拟数据处理：PID、积分和滤波。

4．输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。

5．通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。

通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

6. 人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。

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实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和 用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。

7. 编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

1.3.2 PLC的应用

PLC已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围可分成5种类型。

（1）顺序控制

如印刷机械、包装机械、机床装配生产线及电梯控制等。 （2）运动控制

PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。 （3）过程控制

PLC还能控制大量的过程参数，如温度、流量、压力和液位。一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。 （4）数据处理

在机械加工中,PLC作为主要的控制与管理系统可以完成大量数据处理工作。 （5）通信网络

1.4 本章小结

本章作为基础主要介绍PLC的由来及发展，以及它的特点与应用。同时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。

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第二章PLC控制系统的概要

本章将详细介绍PLC控制系统的硬件和原理，要设计一个PLC控制系统，首先要掌握它的硬件结构和工作原理，然后才能进行程序设计。

本章作为控制系统的核心，我们要掌握控制系统的原理和步骤，以便为下面的设计打下基础。

2.1 PLC控制系统的组成及各部分的功能

2.1.1 系统组成

PLC系统由CPU运算和控制中心，存储器，输入/输出接口，编程器等组成。

2.1.2 PLC控制系统的各部分的功能 1. CPU

中央处理器cpu起“心脏”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

2.存储器

具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。

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系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。 3．输入/输出接口 （1）输入接口 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。 （2）输出接口 PLC的继电器输出接口电路 。 工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 表2-1 三种类型对比 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出 有触点 无触点 寿命短 寿命长 寿命长 频率低 交直流负载 直流负载 交流负载 无触点 8

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4．编程器

编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。

2.2 PLC控制系统的基本工作原理

2.2.1 PLC的工作方式

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式。

1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有 新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数。

6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

2.2.2 PLC与继电器控制系统、微机区别

1．PLC与继电器控制系统区别

前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。 前者用“软件”，后者用“硬件”。 2．PLC与微机区别

前者工作方式是“循环扫描”，后者工作方式是“待命或中断”。

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2.3 PLC的编程

2.3.1 PLC的编程方法

PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。

2.3.2 PLC的编程语言及特点

1. PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言等等。 2. 梯形图语言特点：

（1）每个梯形图由多个梯级组成。

（2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。

（3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 （4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。 （5）输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。

2.4 PLC系统的主要参数及分类

2.4.1 PLC的主要参数

用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数，移位指令占2个字。数据操作指令占2~4个字。

2.4.2 PLC系统的分类

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1．整体式：是把PLC各组成部分安装在一起或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体，称之为主机或基本单元、小型、超小型PLC采用这种结构。

2．模块式：是把PLC各基本组成做成独立的模块。中型、大型PLC采用这种方式。便于维修。

2.5 PLC控制系统的一般步骤

1）根据生产的工艺过程分析控制要求：需要完成动作、操作方式。 2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。

3）选择PLC（考虑性价比等）。

4）分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（也可结合第2步进行）。 5）进行PLC的程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工，在设计传统的继电器控制系统时，必须在控制线路（接线等）设计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。由此可见，可减少整个工程的施工量并大大缩短施工周期。

6)对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，明确给出动作的顺序和 条件。

7)设计梯形图（并程序清单）。这是比较困难的但也是关键的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的基础及实践经验。

8)程序输入PLC并检查输入是否正确。 9)调试和修改直至满足要求。

10）控制台（柜）及现场施工完成后，即可进行联机调试，直至满足生产要求。

11）编制技术文件。 12）交付使用。

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2.6 PLC机型的选择方法

2.6.1 PLC 机型选择的基本原则

PLC机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

2.6.2 PLC机型的选择方法

1.输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再

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增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 2.存储器容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

3.控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (1) 运算功能

简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。

(2) 控制功能

控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输

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入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (3) 通信功能

大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 (4) 编程功能

离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (5) 诊断功能

PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (6) 处理速度

PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数

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据的丢失。

处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。

2.7 本章小结

本章作为控制系统的核心，我们要掌握控制系统的原理和步骤。了解PLC系统由CPU运算和控制中心，存储器，输入/输出接口，编程器等组成。知道PLC包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等。

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第三章 数字显示电子钟的硬件设计

本章重点 熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 了解数字钟的组成及工作原理。

3.1 PLC控制的设计的一般步骤

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。

3.2 PLC控制的硬件接口

用PLC实现电子钟的硬件接口，显示器采用七段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

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逻辑），其中输出端子Y0～Y3输出第一组显示器的BCD信号，Y10～Y13输出第二组显示器的BCD信号，Y4～Y7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。

3.3 数字电路CD4511的原理（引脚及功能）

3．3．1数字电路CD4511的原理

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。

CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 3-1 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。a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”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300Ω的限流电阻。

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图3-1 CD4511引脚排列

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。 3.3.2 CD4511的引脚

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，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。

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图3-2 CD4511的引脚

3.3.3 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3-3。

图3-3 8421 BCD 码 （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 据B、C进行组合，得出一起用或非门译码。 （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。消隐控制电路如表3-4所示。

四项，然后将输入的数据A、D

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表3-4 CD4511真值表 输 入 LE BI LI D C X X 0 X X X 0 1 X X 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 X X 消隐输出J的电平为 J=

=（C+B）D+BI

输 出 c d e f 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 锁 存 B X X 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 X A X X 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 g 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 显示 8 消隐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 锁存 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。

CD4518/CC4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如真值表所示。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CL℃K信号上升沿触发，触发信号由CL℃K端输入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1～Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。

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CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。

CD4520/CC4520为二进制加计数器，由两个相同的内同步4级计数器构成。计数器级为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。CR线为高电平时，计数器清零。计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下—计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。

3.4电子钟的显示基本原理

3.4.1 电子钟的显示基本原理

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3-5所示。表格括号中的数字表示显示的数字范围，×表示不显示状态。

月份显示共有1～12这十二种数字。月的个位显示数的基本值为0～9，月份的十位数字显示1或不显示。日的个位显示值为0～9，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0～9，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00～59，分的个位显示值为0～9，分的十位显示为0～5六个数字。

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表3-5电子钟显示内容与数值

3.4.2电子钟的显示控制要求

1.用四个七段数码管分别显示“时十位”、“时个位”、“分十位”和“分个位”。 2.用特殊继电器SM0.5提供秒脉冲 3.有“预置”和“校对”时间功能。

I/O分配：X0—运行开关，X1—预置按钮；Y0—A，Y1—B，Y2—C，Y3—D，Y4—E，Y5—F，Y6—G；Y7—“秒闪烁”指示；Y13—“时十位”显示，Y12—“时个位”显示，Y11—“分十位”显示，Y10—“分个位”显示。

COM端接线：COM1和COM2（Y0—Y7所对应的公共端）接24V直流电

源“+”极，COM3（Y10—Y13所对应的公共端）和COM接24V电源“-”极。

3.4.3电子钟的显示总体设计思想

为了减少输出点数和接线，可以将四个共阴数码管的阳极都用Y0—Y6来驱动，但让其依次轮班接通；四个数码管的阴极分别用Y10—Y13来同步控制其接通“-”极的时间，以期达到四个数码管轮番显示的目的。

3.4.4 电子钟的显示具体设计过程

1. 由特殊继电器SM0.5提供秒脉冲，用Y7输出。 2. 用计数器C0将秒脉冲变成分脉冲。 3. 用左移位指令[SHL-W]形成分个位左移码。 4. 用左移位指令[SHL-B]形成分十位左移码。 5. 用左移位指令[SHL-W]形成时个位左移码。 6. 用左移位指令[SHL-B]形成时十位左移码。

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7. 用左移位指令[SHL-B]安排四个数码管轮番接通。

8. 将四个左移位码分别译成七段数码管的字显示码，并考虑四个数码管轮番接通问题。

9.将数字显示码用Y0—Y6输出。

3.4.5 编程元的地址分配

表3-6 编程元件地址分配 编程元件 编程地址 M0.2 M0.3 M0.4 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M1.6 M1.7 M2.0 M2.1 M2.2

符 号 M2 M3 M4 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M20 M21 M22 作 用 分钟十位显示移位脉冲 小时个位显示移位脉冲 小时十位显示移位脉冲 分钟个位显示“0” 分钟个位显示“1” 分钟个位显示“2” 分钟个位显示“3” 分钟个位显示“4” 分钟个位显示“5” 分钟个位显示“6” 分钟个位显示“7” 分钟个位显示“8” 分钟个位显示“9” 10分钟到信号 助继电器辅3.5 数字电子钟控制系统的方案

3.5.1 方案论证

目前常用的数字电子钟控制方法有①单片机控制②PLC控制。两种方式的控制原理基本相似，都是分别以各自的主控器件来完成门信号的采集、运行状态控制和设定，达到自动调节和控制运行的功能。本设计采用PLC控制方式，选用

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西门子S7--200PLC作控制器，继电器输出，时间显示用4个数码管,完成本设计要求的各项指标，实现数字电子钟的控制。

数字电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，PLC控制数字电子钟采用数码管显示。

3.5.2.控制要求

图3-7 七段数码管

开机时显示为00时00分。PLC的输出点分别接到七段数码管的Y0~Y6上。要显示数字只需要Y0~Y6有输出信号。例如，显示1只需Y1和Y2有信号输出，它的十进制常数为K6=1*2+1*4,即K6转换为二进制数正好满足要求。再把常数值K6由MOV指令传送到相应的数码管就可以显示数字了。

3.6 7段数码管的结构与工作原理

7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。

当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管。

7段数码管的显示方法可分为静态显示与动态显示，下面分别介绍。

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（1）静态显示

所谓静态显示，就是当显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地寻能可截止。这种显示方法为每一们都需要有一个8位输出口控制。

静态显示器的优点是显示稳定，在发光二极管导通电注一定的情况下显示器的亮度高，控制系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示内容时，CPU才执行一次显示更新子程序，这样大大节省了CPU的时间，提高了CPU的工作效率；缺点是位数较多时，所需I/O口太多，硬件开销太大，因此常采用另外一种显示方式——动态显示。 （2）动态显示

所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄 灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参烽，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个8位I/O口（称为扫描口或字位口），控制各位LED显示器所显示的字形也需要一个8位口（称为数据口或字形口）。

动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但在控制系统运行过程中，要保证显示器正常显示，CPU必须每隔一段时间执行一次显示子程序，这占用了CPU的大量时间，降低了CPU工作效率，同时显示亮度较静态显示器低。

3.7本章小结

本章重点 熟悉集成电路的引脚安排特别要掌握CD4511，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。了解数字钟的组成和真值表以及7段数码管的结构与工作原理。

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第四章 数字显示电子钟软件设计

本章主要介绍了数字显示电子钟的程序设计和一些指令的含义。

4.1 数字显示电子钟的软件设计

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，如图3-1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执行计时程序。

开始 初始化 开中断 等待中断

图4-1 7段显示器主程序

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，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X0～X5；对定时器中断，定时时间范围为10ms～

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99ms，定时器中断号为6～8。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D2＝50表示为0．5秒，D2＝100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、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4-2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。

输出单元屏蔽，D4内容送入D7，D7左移8位。 输出单元屏蔽，D3内容与D7内容或运算，结果存D0。 输出单元屏蔽，D6内容送入D8，D8左移8位。 输出单元屏蔽，D5内容与D8内容或运算，结果存D1。 输出刷新显示

图4-2 7段显示器子程序

图4-3中显示输出采用带锁存的7段显示指令，指令梯形图如下：

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图4-3 7段显示指令梯形图

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4-4表4-5所示。

表4-4一组四位显示

数据输入 相同 不相同 1 选通信号 相同 参数K 0

表4-5二祖四位显示

数据输入 相同 选通信号 相同 不相同 相同 参数K 4 5 6 7 不相同

不相同 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。

4.2 数字显示电子钟的程序

（1）控制任务

设计一个数字电子钟，用LED数码管显示当前的时间，根据控制要求，需

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要显示的时间如下：

秒：由SM0.5来实现一秒的脉冲发生器。

分钟：显示范围为00—59，用两只LED数码管显示。 小时：显示范围为00—23，用两只LED数码管显示。 （2）LED数码管的工作原理

一只LED数码管可以看成是一组LED，有两种接线方式，一种是共阴极接法，一种是共阳极接法。当发光二极管为正向偏置时，就会点亮。 （3）秒脉冲发生器

所谓秒脉冲发生器就是每秒生成一个脉冲，这个脉冲是所有计时器的基准，可以通过编程的方式实现，也可以利用PIC的特殊继电器，如S7—200的周期为1秒的脉冲发生器SM0.5来实现，编程更简单。

4.3 数字显示电子钟主程序设计

LD X000 ZRST Y000 Y027

LDP X005 OUT C1 K1 OUT C2 K2 AND C2 ZRST C1 C2 LDI C1 AND M8013 LD C1 ANDP X002 ORB

INCP DO

CMP DO K10 M0 MPS

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ANDP M11

MOV DO K1Y000 LD M11 INCP D2

MOVP D2 K1Y004 …………

说明：X0复位按钮；X5为手动时，X2手动调秒，X3手动调分，X4手动调时；X5手动关时，整个程序实现时、分、秒自动运行；K1Y0、K1Y4进行秒显示；K1Y10、K1Y14分显示、K1Y20、K1Y24时显示。

4.4 数字电子钟软件系统程序流程框图

开始初始化部分NP.处理并显示功能键按下 ？Y中断初始化开启定时器0调显示子程序调键扫描子程序N功能键按下 ？YB1键按下 ？NB2键按下 ？NB3键按下 ？N返回YB1键功能处理程序YYB2键功能处理程序B3键功能处理程序

图4-6 主程序流程框图

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4.5 中断服务程序流程框图

计算机的中断是指中央处理器CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一件事请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事情，中断服务处理完成以后，再回到原来中断的地方，继续原来的工作，这样的过程就做中断。采用中断的方法可以提高CPU的工作效率以及可以提高实时数据处理的时效。中断服务程序流程图如图4-7所示。

现场恢复返回是否满24h ？Y时显示缓冲单元清0N开始 现场保护计数器重新加载循环次数减1是否满20次 ？Y秒值加1是否满60s ？Y秒显示缓冲单元清0分值加1是否满60min ？Y分显示缓冲单元清0时值加1NNN 图4-7 中断服务程序流程图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/oju7.html