基于触摸屏的简易计算器设计.docx
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基于触摸屏的简易计算器设计
基于触摸屏的简易计算器设计
【摘要】本次毕业设计的课题是基于触摸屏的简易计算器设计，简单的说就是利用可编程控制器编写一段能简单实现“+-*/”逻辑法则的程序，之后利用软件制作一个具有简易计算器功能的这样一个画面，然后通过触摸屏的显示，其基本原理是通过触摸屏和PLC的通信实现实时的数据交换的计算器系统,能够对触摸屏上的各种输入都及时作出响应。
需要用到的主要硬件有F940GOT和三菱可编程控制器，这次毕业设计的要求就是要通过有效的编程，合理的制作，正确的连接，最终能够在触摸屏上实现具体的操作。
【关键词】可编程控制器触摸屏计算器
基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文
【Abstract】Thegraduationdesigntopicwasbasedontouchscreensimplecalculatordesign,simplysayisusingtheprogrammablecontrollerwritingasimpletorealize"+-*/"logicrulesofprocedure,afterusingthesoftwarehasproducedasimplecalculatorfunctionofsuchapicture,thenthroughtouchscreendisplay,itsbasicprincipleisthroughtouchscreenandPLCcommunicationsrealizereal-timedataexchangecalculatorsystems,abletotouchscreenonthevariousinputbothtimelyrespond.ThemainhardwareneedstousetheF940GOTandmitsubishiprogrammablecontroller,thegraduationdesignrequirementistothrougheffectiveprogramming,reasonableproduction,correctconnection,finallycanrealizeinthetouchscreenconcreteoperation.
【Keywords】programmablecontrollerTouchscreencalculators
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毕业设计论文基于触摸屏的简易计算器设计
1绪论...............................................................................................................................4
2设计方案.......................................................................................................................5
3硬件简介及组装...........................................................................................................6
3.1PLC简介...............................................................................................................63.2三菱FXPLC的特点...............................................................................................83.3F940GOT简介.......................................................................................................93.4硬件的连接...........................................................................................................114软件程序.....................................................................................................................14
4.1触摸屏的界面与制作..........................................................................................144.2PLC编程流程图如图4-11所示.......................................................................22
4.3计算器程序梯形图..............................................................................................225调试过程.....................................................................................................................23
6结论与效果展示.........................................................................................................24
6.1结论与总结............................................................................................................246.2实物效果图............................................................................................................25参考文献.........................................................................................................................26
致谢...............................................................................................................................27
附录A计算器程序梯形图........................................................................................28
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文1绪论
PLC（ProgrammablelogicController的简称），可编程逻辑控制器，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。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
是工业控制的核心部分本次毕业设计是用可编程控制器来编程。
主要是了解三菱的可编程控制器以及GOT940的触摸屏。
通过程序能在三菱GOT940触摸屏上进行简单的四则运算。
通过毕业设计使我们进一步了解可编程控制器的原理及应用。
可编程控制器的应用领域极其广阔，对于早期的可编程控制器，凡是有继电器的地方就需要可编程控制器;而对于当今的可编程控制器，几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方都需要可编程控制器。
触摸屏这个名词相信大家一点都不陌生，我这次毕业设计使用的就是三菱GOT940的触摸屏，GOT940系列触摸屏是人机介面与编程器二合为一的新型触摸显示器，它可以在触摸屏上直接对PLC进行控制及编程。
触摸屏具有操作简单，控制方面等优势。
三菱公司的触摸屏主要用于现代机床的应用，通过操作屏进行操作来实现对零件的加工。
硬件的选定:
主要是利用三菱GOT940触摸屏和三菱的可编程控制器来进行编程的和在触摸屏上实现简单的四则运算的。
三菱公司的触摸屏的型号很多有很多，这次我们毕业设计所选用的GOT940触摸屏是三菱公司所有触摸屏中也算是最新颖的一款了。
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毕业设计论文基于触摸屏的简易计算器设计2设计方案
本次毕业设计主要是利用GOT940触摸屏以及三菱的可编程控制器来实现的。
利用F940GOT触摸屏和三菱的可编程控制可以实现机器的自动化。
我选择的课题是“简易计算器的设计”，计算器的设计是主要是一些简单逻辑的运算“，,×?
”而可编程控制器通过PLC编程，就能实现逻辑运算。
而触摸屏可以实现可视化界面，使得控制更加的方便。
而加上可编程控制能更好的实现人机的操作。
2.1设计实现要求
1.用PLC在触摸屏上完成十进制的四则运算（加、减、乘、除）;
2.按键时触摸屏有相应指示;
3.触摸屏显示运算数据及结果。
2.2键盘的设计
键盘在电脑触摸屏系统上设定0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，+，-，*，/，=，+/-，清除键，复位键。
当按下某个按键时，直接在屏幕上显示按键的编码。
使其能够进行简单的四则运算。
2.3程序的设计
数字键按下则将相应的数字送入缓存区，功能键按下则执行相应的程序。
首先对数字键的程序段进行相应的设计，如果运算键（，、,，×，?
）响应标志不为一，则将输入的数字送入第一个操作数缓存区，并且清空所有的响应位。
否则送入第二个操作数缓存区。
其次对功能键的程序段进行相应的设计。
如果运算键（，，,，×，?
）第一次被按下，则置相应的标志位为一，并且将运算键响应标志位置一，清空第二个操作数的缓存区，为输入操作数做准备，如果是第二次按下则执行上次按下的运算键的运算，置相应的标志位为一，并且将运算键响应标志位置一，清空第二个操作数的缓存区，为输入操作数做准备。
如果是’=’键按下，则执行上次按下的运算键的运算。
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文3硬件简介及组装
3.1PLC简介
3.1.1PLC的基本概念
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
3.1.2PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为:
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
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毕业设计论文基于触摸屏的简易计算器设计
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块
f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等
3.1.3PLC内部运作方式
虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。
因此能大大减少控制器所需之硬件空间。
实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。
在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下:
步骤一“输入状态检查”:
PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。
步骤二“程式执行”:
将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。
输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。
步骤三“输出状态更新”:
将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。
此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。
每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文3.1.4PLC内部运作架构
用户输入设备输入模块CPU
B
U
SEPROM
通输出模块用户输出设备讯
RAMI/O接口外围设备
电源模块通信接口计算机或其他PLC
图3-1PLC的结构组成框图
3.2三菱FXPLC的特点
三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16,25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
特点
--系统配置即固定又灵活;
--编程简单;
--备有可自由选择，丰富的品种;
--令人放心的高性能;
--高速运算;
--使用于多种特殊用途;
--外部机器通讯简单化;
--共同的外部设备。
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FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点;FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案;FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。
除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等。
特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式，自由选择。
程序容量:
内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。
丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。
便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。
数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。
特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。
外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIIcode印刷，HEXASCII变换，校验码等。
时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。
3.3F940GOT简介
3.3.1GOT940介绍
图形操作终端（简称“GOT”）安装在控制面板或操作面板的表面上并连接到可编程控制器（简称“PLC”），通过GOT屏幕可以监测各种设备并改变PLC数据。
GOT内置了几个屏幕，可以提供各种功能。
而且还可以创建用户定义屏幕。
用户定义屏幕和内置屏幕（系统屏幕）分别有下列功能
显示功能:
1（最多可显示500个用户制作画面。
可同时显示数个画面，也可以自由切换。
2（除可显示英文、数字、片假名、汉字等文字之外，还能显示直线、圆、四边形等简单的图形。
监视功能:
1（可用数值或条形图监视并显示可编程控制器字元件的设定值或现在值。
2（通过可编程控制器的位元件的ON/OFF可编程控制器的位元件。
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文
数据变更功能:
1（可变更正在监视的数值或条形图的数据。
开关功能:
1（可通过GOT的操作键来ON/OFF可编程控制器的位元件。
2（可将显示面板设定为触摸键行使开关功能。
数据采样功能:
在特定周期或当触动条件成立时收集指定的数据寄存器的现在值。
1（用清单形式或图表形式显示采样数据。
2（用清单形式用打印机打印出采样数据。
报警功能:
可使最多256点的可编程控制器的连续位元件与报警信息相对应。
位元件ON后，在用户画面上，与对应的信息重合，显示。
此外，位元件ON后，也可显示指定的用户制作画面。
1（位元件ON后，用户制作画面上显示与软元件相对应的信息。
也可一览显示。
2（可保存最多1000个报警（位元件ON）记录。
3（可记忆各软元件的报警次数。
其它功能:
1内存实际计数器，可设定、显示时间。
2进行起动继电器梯形图制作软元件的个人电脑与可编程控制器间的数据通信的接口将发挥作用。
3可调节画面的对比度和蜂鸣器音量。
3.3.2F940基本结构
F940有7寸的STN液晶体显示器-阔视角，高速回应、功能齐备、性能可靠。
F940GOT厚为57mm高解像度液晶，高解像度液晶F940GOT320×240点的高解像度屏更换背景光灯简易的背景光灯更换，背景光灯的寿命长达25，000小时，更可更换，而且还带有自动熄灯功能。
F940通信系统构成图如下图3.2所示。
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毕业设计论文基于触摸屏的简易计算器设计3.4硬件的连接
3.4.1RS-232C接口介绍
计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。
本次设计采用的是串行通讯，在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。
其中RS-232C接口如下图3-2所示。
图3-2RS-232-C接口引脚定义
在RS-232通信中，常常使用精简的RS-232通信，通信时仅使用3根线:
RxD（接收线）、TxD（发送线）和GND（地线）。
3.4.2RS422接口简介
RS-422（RecommendedStandard422）接口是计算机、PLC控制系统中最为常见的EIA标准串行接口，称为“平衡电压数字接口”。
它通常用来作为编程器、触摸屏、文本单元、数据显示器等PLC标准外设的接口。
RS-422采用了驱动能力更强的线驱动器，支持一点对多点的通信。
其外部连接采用了单独的发送与接收通道，可以实现“全双工”通信，无需控制数据方向。
RS-422内部接口采用了“平衡差分驱动”接口电路，输出为互为相反的差分信
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文号，因此可以消除共模干扰，可以适用于远距离传输。
硬件的连接过程中，用了2通讯线，其中一根连接F940GOT与计算机，用F940GOT的RS232C接口与计算机的COM口相连;另一根是F940GOT与PLC相连，当计算机把程序送入PLC，界面送入F940GOT时，用F940GOT的RS422端口与PLC的接口相连，实现数据的实时通信。
可编程控制器连接220V的交流电压，触摸屏通过可编程控制器的转换使之连接到触摸屏上的电压为24V，在触摸屏的外壳上引出了两根连接线作用是当作电源连接，连到可编程控制器上的，一根接可编程控制器的24V正电源，另外的一根线接COM接地段，这样就可以完成硬件连接。
图3-3F940通信系统构成图
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毕业设计论文基于触摸屏的简易计算器设计
图3-4通讯连接
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文4软件程序
4.1触摸屏的界面与制作
触摸屏的界面分为两块分别是欢迎进入界面和计算器界面,如4-1和图4-2,点击图4-1的“欢迎进入”切换到图4-2,点击图4-2的“返回”切换到图4-1，如下图所示。
图4-1欢迎老师指导
图4-2触摸屏的计算器界面
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毕业设计论文基于触摸屏的简易计算器设计4.1.1触摸屏的欢迎进入界面的制作
第一步制作文字“欢迎老师光临指导”，如下图4-3所示。
图4-3制作文字欢迎老师指导
第二步制作时钟显示区，如下图4-4所示。
图4-4制作日期
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基于触摸屏的简易计算器设计毕业设计论文
最后制作触摸键“欢迎光临”，如下图4-5所示。
图4-5制作触摸键欢迎光临
4.1.2触摸屏的返回界面制作
第一步制作按键0~9，选择画面上方的触摸键进行编辑，如下图4-6所示。
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图4-6触摸键制作
触摸键的设定:
0号触摸键设置其命令为开关M0瞬间;写常数D0，K0。
1号触摸键设置其命令为开关M0瞬间;写常数D0，K1。
2号触摸键设置其命令为开关M0瞬间;写常数D0，K2。
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