基于PLC的数字电子钟毕业设计完整版.docx

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基于PLC的数字电子钟毕业设计完整版

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

XXX

专业班级

11级电气自动化2班

指导教师

张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（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。

本设计以西门子公司的S7—200CN为基础，设计了PLC电子时钟的梯形图。

本设计共分四大章：

第一章是基础部分，介绍了PLC的概述说明了PLC的发展史。

第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。

第三章是数字电子钟的设计程序，进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。

第四章是针对本设计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。

最后是对指导老师及在本设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢。

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4X4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，间接地改变输出电压的大小。

3.课题计划及进度安排：

01~02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。

03~04周：

确定控制方案，构思硬件电路。

05~06周：

毕业实习，每天写实习日志，实习结束后写出实习报告。

07~10周：

绘制PLC的版图以及设计出软件程序，并进行上机调试。

11~12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。

1.参考文献

1胡学林可编程控制器教程北京电子工业出版社。

2廖常初S7—200PL编程及应用北京机械工业出版社。

3康华光电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，1999。

4康华光电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，2000。

5李振声实验电子技术屆防工业出版社，2001。

6任为民电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997。

7钟肇新范建东可编程控制器原理及应用.广州：

华南理工大学出版社，2003。

学号：

040510135

密级：

XX职业技术学院

毕业论文（设计）

数字式可调稳压电源

姓名程XX

学科专业电气自动化

研究方向PLC设计

指导教师张XX

完成时间2013年4月

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:

年月曰

签字日期:

年月曰

摘要1

前言2

第一章PLC控制电子钟设计3

1.1七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理3

1.11控制要求：

4

1.12总体设计思想5

1.13具体设计过程6

1.2编程元件地址分配6

1.3输入/输出继电器的地址分配7

1.31输入/输出继电器的地址分配9

2.4数字电子钟控制系统的方案10

2.41方案论证10

2.43数码管显示原理11

2.44数字电子钟的程序12

第三章数字电子钟梯形图程序12

第四章结论13

参考文献14

致谢15

［摘要］本系统采用计数器、显示器和校时电路组成。

由LED数码管来显示pic所输出的信号。

总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。

其中

主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

关键字：

PLC数码管计数器

.言

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。

本设计以西门子公司的S7—200CN为基础，设计了PLC电子时钟的梯形图。

本设计共分四大章：

第一章是基础部分，介绍了PLC的概述说明了PLC

的发展史。

第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。

第三章是数字电子钟的设计程序，进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。

第四章是针对本设计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。

最后是对指导老师及在本设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢。

由于我们的水平有限，难免存在错误和疏漏，恳请领导、老师、读者批评指正

第一章PLC的概要

1.1课程设计准备知识

学习PLC的最终目的是能把它应用到实际控制系统中去，若遇到实际的工业控制项目，需用PLC进行控制，应如何着手去设计一个控制系统。

1.11PLC控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时,

应遵循以下基本：

1.最大限度地满足被控对象的控制要求。

设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。

2.在满足控制要求的的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。

3.保证控制系统的安全、可靠。

4.考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余地

1.12PLC控制系统设计的基本内容

PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。

PLC控制系统的基本内容包括如下几点：

1.选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。

这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他有关资料。

2.PLC的选择。

PLC是PLC控制系统的核心部件，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。

选择PLC，应包括机型、容量、I/O点数（模块）、电源模块以及特殊功能模块的选择等。

3.分配I/O点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。

4.设计控制程序。

梯形图、语句表（可由编程软件自动转换或直接编写）、控制系统流程图等。

控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。

5.必要时还需设计控制台（柜）。

6.编制系统的技术文件。

包括说明书、电气图及电气元件明细表等。

传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。

在PLC控制系统中，这些图可统称为“硬件图”。

它在传统的电气图的基础上增加了PLC部分，所以，还应增加PLC的I/O输入、输出电气连接图（即I/O硬件接线图）。

此外，在PLC控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图），可以称之为“软件图”，便于用户在生产发展过程或工艺改进时修改程序，或维修时分析和排除故障。

1.13PLC控制系统设计的一般步骤

（1）根据生产的工艺过程分析控制要求：

需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。

（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。

第二章PLC控制电子钟设计

2.1七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理

2.11控制要求：

2.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”。

3.用特殊继电器SM0.5提供秒脉冲

4.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。

2.12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丫0-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。

2.13具体设计过程

1.由特殊继电器SM0.5提供秒脉冲，用丫7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。

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。

2.3输入/输出继电器的地址分配

2.2编程元件地址分配

编程兀件地址分配

编程兀件

编程地址

符号

作用

辅助继电器

M0.1

M1

CO复位及分钟个位显示脉冲

M0.2

M2

分钟十位显示移位脉冲

M0.3

M3

小时个位显示移位脉冲

M0.4

M4

小时十位显示移位脉冲

M1.0

M10

分钟个位显示“0”

M1.1

M11

分钟个位显示“1”

M1.2

M12

分钟个位显示“2”

M1.3

M13

分钟个位显示“3”

M1.4

M14

分钟个位显示“4”

M1.5

M15

分钟个位显示“5”

M1.6

M16

分钟个位显示“6”

M1.7

M17

分钟个位显示“7”

M2.0

M20

分钟个位显示“8”

M2.1

M21

分钟个位显示“9”

M2.2

M22

10分钟到信号

M3.0

M30

分钟十位显示“0”

M3.1

M31

分钟十位显示“1”

M3.2

M32

分钟十位显示“2”

M3..3

M33

分钟十位显示“3”

M3.4

M34

分钟十位显示“4”

M3.5

M35

分钟十位显示“5”

M3.6

M36

1小时到信号

编程元件

编程地址

符号

作用

M3.7

M37

24小时到信号

M4.0

M40

小时个位显示“0”

M4.1

M41

小时个位显示“1”

M4.2

M42

小时个位显示“2”

M4.3

M43

小时个位显示“3”

M4.4

M44

小时个位显示“4”

M4.5

M45

小时个位显示“5”

M4.6

M46

小时个位显示“6”

M4.7

M47

小时个位显示“7”

M5.0

M50

小时个位显示“8”

M5.1

M51

小时个位显示“9”

M5.2

M52

10小时到信号

M6.0

M60

小时十位显示“0”

M6.1

M61

小时十位显示“1”

续表

编程兀件

编程地址

符号

作用

辅助继电器

M6.2

M62

小时十位显示"2”

M8.0

M80

分钟个位调整脉冲

M8.1

M81

分钟十位调整脉冲

M8.2

M82

小时个位调整脉冲

M8.3

M83

小时十位调整脉冲

M9.0

M90

选择分钟个位显示

M9.1

M91

选择分钟十位显示

M9.2

M92

选择小时个位显示

M9.3

M93

选择小时十位显示

M10.0

M100

分钟个位a段

M10.1

M101

分钟个位b段

M10.2

M102

分钟个位c段

M10.3

M103

分钟个位d段

M10.4

M104

分钟个位e段

M10.5

M105

分钟个位f段

M10.6

M106

分钟个位g段

M11.0

M110

分钟十位a段

M11.1

M111

分钟十位b段

M11.2

M112

分钟十位c段

M11.3

M113

分钟十位d段

M11.4

M114

分钟十位e段

M11.5

M115

分钟十位f段

M11.6

M116

分钟十位g段

M12.0

M120

小时个位a段

M12.1

M121

小时个位b段

2.3数字电子钟控制系统的方案

2.3.1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。

2.3.2控制要求

数字电子钟的控制要求如下：

（1）开机时初始状态显示为00时00分，按下启动按钮，控制器开始计时工作。

（2）能将时间显示调整到当前的时间。

（3）设置相应的手动按钮，使控制器使用更加方便。

2.3.3数码管显示原理

开机时显示为00时00分

YO

Y4Y2

Y3

PLC的输出点分别接到七段数码管的丫0~丫6上。

要显示数字只需要丫0~丫6有

输出信号。

例如，显示1只需丫1和丫2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。

（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。

第四章结论

由于数字电子钟是采用数字电路实现对时”分”秒”数字显示的计时装置。

所以数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。

与传统机械钟相比，它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。

在数字显示方面，目前以有集成的记数、译码电路，他可以直观的驱动数码显示器件。

也可直接采用CMOS-LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。

这些电路装置十分小巧，安装使用也方便，如果想实现大型光电显示，可以加一定的驱动电路，采用白炽灯显示系统，做起来也不困难。

数字电子钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛，只要有计时、计数的存在，便要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。

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，具有较大的实用价值。

高等职业院校的培养目标的首要任务是培养具有创新精神和实践能力的各类技术人才，人才培养目标的实现必须有一定的实践教学环节。

我们通过实践教学环节的训练与锻炼，才能在实践中不断巩固和加深理论知识，提高独立工作的能力和创新能力。

通过数字电子钟的设计于制作，我们能够掌握一定的汇编语言知识并用于编写程序，掌握了定时与计数器的使用方法，以及微机常用的输入输出方式及接口技术。

培养了自己的动手操作和实践能力，学习并巩固了程序设计的基本思路和方法。

参考文献

1胡学林可编程控制器教程北京电子工业出版社。

2廖常初S7—200PL编程及应用北京机械工业出版社。

3康华光电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，1999。

4康华光电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，2000。

5李振声实验电子技术屆防工业出版社，2001。

6任为民电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997。

7钟肇新范建东可编程控制器原理及应用.广州：

华南理工大学出版社,

2003。

三年的大学生活即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我

将面对又一次征程的开始。

经过几月的时至今日，毕业设计终于可以告一段落了，现在回想起做这个设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过也乐其中！

这次毕业设计使我把书本上的理论知识运用到相关的具体内容上，让我自身的设计能力得到了培养和提高。

在设计过程中，我通过查阅大量相关资料、自学、同同学交流，向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。

虽然经历了不少艰辛，但收获却也同样令人欣慰！

在整个设计开发过程中，我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活产生非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。

在此我要特别感谢我们指导老师张法老师，他的悉心教导以及孜孜不倦我才有了这部完整的设计，他时常督促我们认真快速的完成设计以便更好的投入到工作中！

同时还要感谢我的父母，是他们一直默默的支持我、鼓励我，让我顺利完成学业！

还有我的室友们，感谢他们在大学三年给我生活和学习上的帮助!