基于PLC的数字电子钟设计毕业设计.docx
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基于PLC的数字电子钟设计毕业设计
毕业设计:
基于PLC数字电子钟的设计
第1章PLC的概要
1.1PLC的由来
可编程序控制器（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序逻辑控制器（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，所以将可编程序控制器简称PLC。
1.2PLC特点
PLC具有极高大可靠性，并且具有丰富的I/O接口模块，同时它采用模块化结构，编程简单易学，安装简单，维修方便。
1.3PLC的发展
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
1.4PLC的未来
1.产品规模向大、小两个方向发展大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3.不断加强通讯功能
4.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、远程I/O模块等专用化模块。
5.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统
6.发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7.追求软硬件的标准化。
第2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：
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。
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。
2.13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。
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。
A
FGB
EC
D
七段共阴数码管
2.2编程元件地址分配
编程元件地址分配
编程元件
编程地址
符号
作用
辅助继电器
M0.1
M1
C0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
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”
续表
编程元件
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输入/输出继电器的地址分配
2.31输入/输出继电器的地址分配
2.4数字电子钟控制系统的方案
2.41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。
2.42.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。
2.43数码管显示原理
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。
2.44数字电子钟的程序
（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3章数字电子钟梯形图程序
第四章总结
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。
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。
附录
（1）致谢
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曹京生老师，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！
附录
（2）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—200PLC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.国防工业出版社，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。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位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和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者（本人签名）：
年月日
学位论文出版授权书
本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”），愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。
论文密级：
□公开□保密（___年__月至__年__月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）
作者签名：
_______导师签名：
_______
_______年_____月_____日_______年_____月_____日
独创声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
毕业设计（论文）使用授权声明
本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）
作者签名:
二〇一〇年九月二十日
致谢
时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。
首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。
本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。
本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。
经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。
这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。
没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。
首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。
郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。
从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。
再次对周巍老师表示衷心的感谢。
其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。
另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。
最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。
四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。
从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。
感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。
学友情深，情同兄妹。
四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。
是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。
老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水
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