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电气控制与PLC
课程设计
题 目: 七段码数字钟设计
院系名称： 电气工程学院
专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师：
成绩： 指导教师签名： 日期： - .word.zl.
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目 录
1 系统描述即设计要求 ............................................................................................................................. 1
1．1 七段码数字钟设计的目的...................................................................................................... 1 1．2 七段码数字钟设计的设计内容 ............................................................................................ 1 1．3 七段码数字钟设计的实现目标 ............................................................................................ 2 2 系统方案的论证 ...................................................................................................................................... 3
2.1 方案一设计分析 ........................................................................................................................... 3 2.2 方案二设计分析 ........................................................................................................................... 3 2.3 方案三设计分析 ........................................................................................................................... 4 3 系统硬件的设计 ...................................................................................................................................... 5
3.1 七段数码管显示原理及共阴极连接 ......................................................................................... 5 3.2 I/O分配 ............................................................................................................................................. 7 3.3 I/O接线图 ........................................................................................................................................ 8 3.4 元器件选型 ....................................................................................................................................... 8
3.4.1 PLC选型 ................................................................................................................................. 8 3.4.2 FX2N系列PLC介绍 .......................................................................................................... 8 3.5 主要元器件的选择 ......................................................................................................................... 9 4 系统软件的设计 .................................................................................................................................... 10
4.1 主流程图 ......................................................................................................................................... 10 4.2 梯形图 .............................................................................................................................................. 11 5 系统的调试 ............................................................................................................................................. 17
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5.1 调试前了解PLC实验室操作规程 .......................................................................................... 17 5.2 程序调试步骤 ................................................................................................................................ 17 设计心得 ......................................................................................................................................................... 18 参 考 文 献 .................................................................................................................................................. 19 附录： ............................................................................................................................................................. 20
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1 系统描述即设计要求
1．1 七段码数字钟设计的目的
时间对于每个人来说都很重要，可以这样说，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、公司、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。而且由于数字集成电路技术的开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，它还广泛的用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
除此之外，PLC课程设计也是培养和锻炼我们学完本门课程之后综合应用所学理论知识解决实际生活和生产应用问题的能力，课程设计也是教学过程中的重要环节，它要求学生要认真思考，开发学生的创新能力，从而给学生提供更多自由发挥的空间，而且，在将理论结合实际应用于生活的过程中，我们也许会找到许多种方案，然后我们会结合要解决的问题及所用元件等综合因素考虑，最终选择最优的方案。在这个思考的过程中，锻炼的不仅仅是学生的解决实际问题的能力，更重要的是教会我们可编程控制器应用方面的开发和设计本领，系统的掌握解决实际问题的设计方法。
1．2 七段码数字钟设计的设计内容
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1 电子钟显示内容与数值
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时〔0～23〕
显示 数字
十位 0～2
个位 0～9
分、秒〔00～59〕
十位 0～5
(1) 由PLC控制的大型数字电子钟由6个7段L E D发光管组成，如下列图所示。
(2) 左边两个数码管显示0～23小时,中间两个数码管显示00～60分,后边两个数码管显示00～60秒。
(3〕 显示时、分、秒。
(4) 时、分、秒中间间隔的“：〞用LED灯〔24V〕实现，并保持一直亮着的状态。
(5) 开场状态时,显示为00:00:00,启动以后开场计时。
时、分、秒 显示图
1．3 七段码数字钟设计的实现目标
本课题设计最终实现的目标就是数字钟的正确显示，一共有六位LED数码管来分别显示时、分、秒，除此之外，本课题还考虑了时间差的问题，当数字钟出现时间差的时候，可以通过本课题设计添加的程序进展时、分、秒的调节，从而保证数字钟的准确性。当然本实验设计还有许多缺乏之处，还有很多改良的地方，只有通
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过不断的深化改良，才能到达更加准确的程度，满足生活的需要。
2 系统方案的论证
2.1 方案一设计分析
首先要想构成数字钟，应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。本课题主要是利用PLC自身的辅助继电器功能准确定时。通过输出的脉冲信号到计数器中进展计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计两个60进制和一个24进制三个计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经PLC逻辑电路实现译码、驱动到七段LED数字显示器中，从而使“时〞、“分〞、“秒〞得以数字显示出来。但是，我们应该明白：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路有采用自动快速调整和手动调整两种方法。本课题中采用手动0.5s，0.5min，0.5h调时。从而使数字钟的时间保持高度的准确性。
2.2 方案二设计分析
本方案主要是通过移位存放器的原理来实现七段码数字钟的显示，就比方通过控制秒的两个数码管的显示来进展分析。显示秒的两个数码管，一个用来显示个位数，一个用来显示十位数，个位LED数码管显示的数字是0到9自动递增循环，一共有10个数字，数字显示间隔为1秒。十位LED数码管显示的数字是0到5自动递增循环，一共有6个数字，数字显示的间隔时间是10秒。
环形移位原理如下图，从图〔a〕中可以看出，移位存放器M200的数据输入端
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〔OUT端〕所接的是M212的常开触点，而M212正是移位存放器M200中的第11位。移位存放器工作时，移位输入端〔SFT端〕所连接的T450常开触点每接通一次〔周期为1秒〕，移位存放器中的数据就向后移一位。当M211中的数据移到M212时，M212在下一个扫描周期就把该数据送到M200中，从外观上相当于M211直接把数据送到M200中，如图(b)显示所示。这样，数据就在M200到M211十个辅助继电器中循环移位了。由此可见，组成“N〞位环形移位存放器，只要将“N+1〞位辅助继电器接在数据输入端〔OUT端〕即可。
图〔a〕
图〔b〕
2.3 方案三设计分析
本方案主要是通过将24小时制的时、分、秒分别存放在DM0000、DM0001、DM0002单元中，该程序采用周期为一秒，取PLC内部特殊继电器区〔SR〕的时钟标志25502的上升沿形成每秒钟一次的采样脉冲，使得每秒钟单元内容加1，同时利用七段码显示，当秒单元中的内容加到59时，特殊继电器区〔SR〕相等标志EQ，25506位被为ON，分单元开场加1，同时秒单元清零；同理当分单元中的内容加到
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59时，25506位被置为ON,时单元开场加1，同时分单元清零；当时单元中的内容加到23时，25506位被置为ON，时单元清零。在程序执行的过程中，秒单元、分单元通过和59比拟来确定是否清零，时单元那么和23来比拟确定是否清零。时、分、秒中间的发光二极管采用1秒的PLC内部时钟脉冲来控制其闪烁。
从上述三种方案的比拟分析中，我认为方案一解决方法是我最擅长的。因为在方案一中，程序设计的过程比拟清晰、容易理解，而且出现错误时也容易修改，还有一个原因就是本方案中所用产品是我们熟知的三菱FX2N系列，使得进一步加深对所学理论知识的理解，三菱FX2N系列本身具有很多的优点，比方：可靠性高，抗干扰能力强、功能完善，通用性强和编程简单，易于掌握等等。
综合考虑，本课题设计采用方案一。
3 系统硬件的设计
3.1 七段数码管显示原理及共阴极连接
七段数码管的显示有共阴极和共阳极连接两种方法，共阳极接法主要是将发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，共阴极接法主要就是把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。
本课题主要采用的是共阴极接法，如下列图所示，使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的那么不点亮。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计八段，本课题中将dp端设置为0〔也就是不点亮这一位〕。七段发光二极管加上一个小数点正好提供应
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LED显示器的字形代码一个字节。假设a、b、c、d、e、f、g 七个显示段依次对应一个字节的低位到高位，那么对应的显示模型如下列图所示，七段对应显示的数字如表二所示。
共阴极接法
七段码共阴极数字显示如表二所示：
表二 七段码数字显示
数字 共阴极二进制显示
0 00111111B 1 00000110B 2 01011011B 3 01001111B 4 01100110B 5 01101101B 6
01111101B
- afbgecd 七段码显示模型
共阴极十进制显示
63 6 91 79 102 109 125
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7 8 9
00000111B 01111111B 01100111B
7 127 111
3.2 I/O分配
输入
启动按钮SB0 秒调整脉冲SB1 分调整脉冲SB2 时调整脉冲SB3 停顿按钮SB4
- X0 X1 X2 X3 X4
输出
显示秒个位 显示秒十位 显示分个位 显示分十位 显示时个位 显示时十位
Y0-Y7 Y10-Y17 Y20-Y27 Y30-Y37 Y40-Y47 Y50-Y57
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3.3 I/O接线图
Y57-Y50Y47-Y40Y37-Y30Y27-Y20Y17-Y10Y7-Y0Y57Y0PLC FX2N-128MR-DX0X1X2X3X4SB0SB1SB2SB3SB4
3.4 元器件选型
3.4.1 PLC选型
本课题选用为三菱PLCFX2N-128MR-D型号。
3.4.2 FX2N系列PLC介绍
三菱PLC英文名又称：Mitsubishi Programmable Logical Controller。三菱小型PLC主要有 FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC等子系列，三菱PLC主要特点有:
〔1〕构造灵活，
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〔2〕传输质量高、速度快、带宽稳定， 〔3〕范围广， 〔4〕低本钱， 〔5〕适用面广。
本课题设计中一共需要6个输入点，48个输出点，所以选用PLCFX2N-128MR-D型号，它有64个输入和64个输出，满足设计的要求。
3.5 主要元器件的选择
PLC主要元器件的计算和选择
I/O点数确实定 PLC存储容量确实定 安装形式的选择
输入、输出接口电路形式的选择
PLC供电方式的选择 PLC型号的选择 PLC扩展模块的选择
6个输入、48个输出点 小型PLC 4～8K步
单元式 继电器输出 直流供电 三菱FN2N-128MR-D 模拟量输入、输出模块、通信模块
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4 系统软件的设计
4.1 主流程图
初始状态M8012产生100ms脉冲产生秒脉冲调整时X0=1,X1每次调时0.5s调整时X0=1,X2每计时1分钟次调时0.5min调整时X0=1,X3计时1小时每次调时0.5h计时一天24小时
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4.2 梯形图
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5 系统的调试
5.1 调试前了解PLC实验室操作规程
1.严格遵守平安操作规程。
2.实验前认真检查电源、线路、设备是否正常，防止事故的发生，尽量做到消除一 切事故隐患。
3.实验前，由指导教师检查程序的可操作性，而且对应好实验室的按钮和程序中按 钮保持一致。
4.试验中出现异常现象，应立即切断电源，排除故障后继续试验。
5.2 程序调试步骤
第一步：录入代码，在三菱PLC编程软件中准确录入程序代码，为减少录入错误， 可开启软件的指令监测功能。
第二步：录入完程序代码后，再次检验代码录入是否有误。无误后，进展转换，然 后写入PLC模拟器上，模拟运行。
第三步：观察是否报错，假设有报错，应主动分析错误原因，并努力纠正。再调整
再
修改再调试，直到程序正确运行。
第四步：整理实验器材,并进展总结，完善课程设计。
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设计心得
这次设计给我最大的收获就是系统的学会了课程设计的方法和步骤，而且进一
步加深了对理论知识的理解，明白了只有将学到的知识应用到实际生活中才算是真正地掌握了这些知识，因为在现代化的社会，只有将技术转化成生产力，才能推动国民经济的开展，才能更好的为社会带来便利。
然而，通过这次的设计也使我认识到我自己对PLC方面的知识知道的还是很浅薄的，对于书本上的很多知识还不能灵活运用。通过本次的课题设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。同时也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的PLC数字时钟设计给我奠定了一个实践根底，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识，在和同学探讨过程中增进同学间的友谊，使我对探讨的积极性和重要性有了更加充分的
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理解。此外，在这次设计过程中，我也对word、visio等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的工作中更加得心应手。
当然，在这次课程设计中，还存在许许多多的问题，还有许多方面需要改良和提高，所以，在今后学习中，要活学活用，要不断创新，不断思考，只有这样，才会提高自己的设计水平，也才能应对今后的工作需要。
参 考 文 献
[1] 廖常初.PLC根底与应用.：机械工业出版社
[2] 任胜杰.电气控制与PLC系统.：机械工业出版社 [3] 孙振强.可编程控制器及应用教程.：清华大学出版社
[4] 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计.：机械工业出版社
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附录：
梯形图源程序：
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