电子计算器的设计

1、推荐精选目 录第 1 章 电子计算器控制工艺分析.11.1 PLC 简介.11.2 PLC 电子计算器特点.11.3 电子计算器控制要求.21.4 电子计算器设计要求.2第 2 章 电子计算器 PLC 控制系统设计.32.1 系统选型.32.2 系统硬件连接图.32.3 输出 I/O 点数.32.4 梯形图.42.5 程序运行.6第 3 章 电子计算器 PLC 监控系统设计.7结论与体会.8参考文献.9附 录.10推荐精选第 1 章 电子计算器控制工艺分析1.1 PLC 简介PLC 英文全称为 Programmable Logical Controller 即：可编程逻辑控控制器，顾名思义；它

2、本来的含义是具有柔性的（可编程）主要来完成逻辑控制（针对数字量）工业控制器，它代替了传统的靠硬触点来做的控制系统就象当初的计算机已经演变为电脑一样，现在的 PLC 也由早期单纯地实现逻辑控制演变为一个可进行数模、模数转换，可进行定位控制，等一个功能强大的工业控制器，可以说它在现代社会各种需要自动控制的场合发挥了巨大的作用。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用

3、现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇

4、怪了。1.2 PLC 电子计算器特点从某种角度而言，广义的“计算机”概念是包括“电子计算器”的。电子计算器中也有集成电路，但计算器的功能简便，价格更加便宜，利于携带与稳定性好。与电子计算机的最大区别在于：计算器只是简单的计算工具，有些机型具备函数计算功能，有些机型具备一定的贮存功能，但一般只能存储几组数据。计算机则具备复杂存贮功能、控制功能，更加强大，在中国俗称“电脑”者也。计算器和计算机一样都能够实现数据的录入、处理、存储和输出，但它所以区别于计算机的就是，它不能自动地实现这些操作过程，必须由人来操作完成。而计算机通过编制程序能够自动进行处理。所以以自动化程度来区别二者，就在于是否需要人工干

5、预其运行。推荐精选实际上二者还有另一个本质性的区别。计算器使用的是固化的处理程序，只能完成特定的计算任务；而计算机借助操作系统平台和各类应用软硬件，可以无限扩展其应用领域。也就是说，是否具有扩展性是二者的本质区别。PLC 电子计算器采用可编程控制器的编程语言和编程环境，通过特定的程序在 PLC 上位机上实现计算器的功能。1.3 电子计算器控制要求1由按键输入的数值显示在 7 段数码管上，但只限 4 位数。2按加、减、乘、除键时，第一次输入的值被存放在缓冲区中，当做被加、减、乘、除数，且加、减、乘、除相对的运算指示灯会亮。3接着输入一个数，之后若是按下“=”键，则此加、减、乘、除数被存放于另一个

6、缓冲区中，与刚才输入的数做运算，且相对应的运算指示灯熄灭。4将运算结果显示在 7 段数码管上。1.4 电子计算器设计要求学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行电子计算器运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动、停止功能；3. 运用功能指令进行 PLC 控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4. 程序结构与控制功能自行创新设计；5. 进行系统调试，实现电子计算器的控制要求。推荐精选第 2 章 电

7、子计算器 PLC 控制系统设计2.1 系统选型由于电子计算器的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对 PLC 进行监控和管理，故选用日本 OMRON（立石）公司生产的多功能小型 C20P 主机。该机输入点为 12，输出点为 8。内部主要有：136 个辅助继电器、16 个特殊功能继电器、160 个保持继电器、8 个暂存继电器、48 个定时/计数器、64 个 16 位数据存贮器。2.2 系统硬件连接图根据设计要求，及所选系统系统硬件连接图 2-1 所示。图 2-1 电子计算器外部连线图2.3 输出 I/O 点数根据系统设计要求以及图 2-1 所示的模块图，可确定电气控制

8、系统的 I/O点分配，如表 2-1 所示。表 2-1 I/O 点分配输入设备输入点号输出设备输出点号按键 0-90.00-0.09加法指示灯1.10加号0.10减法指示灯1.11减号0.11乘法指示灯1.12乘号0.12除法指示灯1.13除号0.13启动按钮0.14等号0.15PLCXPLCYCOM数字键盘单板电源插座AC789=45+612310推荐精选2.4 梯形图根据设计任务及连线图和 I/O 点分配可以编入下面梯形图如图 4-2 所示，该梯形图涉及到 MOV、SDEC 以及 BCD 加减法等指令。梯形图相应的程序助记符见附录。推荐精选图 4-2 程序梯形图梯形图中，用到以下四个基本概念

9、：2.4.1 软继电器PLC 梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器） ，每一软继电器与 PLC 存储器中映像寄存器的一个推荐精选存储单元相对应。该存储单元如果为“推荐精选1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。2.4.2 能流触点接通时，有一个假想的“概

10、念电流”或“能流”（Power Flow）从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。能流只能从左向右流动。利用能流的这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。2.4.3 母线梯形图两侧的垂直公共线称为母线（Bus bar） ，在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想想左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。2.4.4 梯形图的逻辑解算根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序

11、进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。所及解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。2.5 程序运行由按键输入的数字会出现在 7 段数码管上，只限 4 位数，计算器最大缺陷就是不能显示负值。当按加、减、乘、除号时，对应的小灯会亮起，继续输入数字出现在 7 段数码管上，同样只限 4 位数，按等于号时，7 段数码管会将缓存中的计算结果显示出来，如果结果为负值只能显示数字部分不会显示符号部分。推荐精选第 3 章 电子计算器 PLC 监控系统设计数字计算器采用数字键盘输入，通过 PLC 缓存区存放数值，并通过数码管显示计算结果。根据设计任务和要求，用组

12、态软件绘制的硬件操作界面图3-1 所示，其中 PLC 集成于计算器内部，进行简单的数学运算和驱动 LED 显示。图 3-1 电子计算器界面图推荐精选结论与体会本设计仅为简单计算器，由按键输入的数字会出现在 7 段数码管上，只限 4 位数，最大缺陷就是不能显示负值。当按加、减、乘、除号时，对应的小灯会亮起，继续输入数字出现在 7 段数码管上，同样只限 4 位数，按等于号时，7 段数码管会将缓存中的计算结果显示出来，如果结果为负值只能显示数字部分不会显示符号部分。硬件方面连线部分比较复杂，容易出现接线错误和调试失败，也会出现数码管输出错误。它的设计按软件工程的方法进行,系统具有良好的界面、必要的交

13、互信息和较好的封装性；醒目美观的软件封面。使用人员能快捷简单地进行操作。即时准确地获得需要的计算的结果，充分降低了数字计算的难度和节约了时间，对人们的生活有一定的帮助。总的来说，这个设计就是一个简单的 PLC 设计成果，无法达到真正计算器的功能，但是仍然可以体现 PLC 的强大功能和逻辑性。本次课程护设计使我对欧姆龙系列 PLC 又有了更深刻和直观的认识，对于梯形图和程序的编写有了简单的了解，并通过自己的努力和同学老师的帮助完成了计算器的功能设计，提高了思考和动手能力。推荐精选参考文献1张凤珊.电气控制及可编程序控制器M.北京:中国轻工业出版社,2003.2马志溪.电气工程设计M.北京: 机械

14、工业出版社,2002.3刘增良,刘国亭.电气工程 CADM.北京:中国水利水电出版社,2002.4齐占庆,王振臣.电气控制技术M.北京:机械工业出版社,2002.5史国生.电气控制与可编程控制器技术M.北京:化学工业出版社,2003.6SYSMAC CS/CJ 系列可编程控制器指令参考手册M.2003.推荐精选附 录梯形图 2-2 对应的助记符LD 0.00OR 0.01OR 0.02OR 0.03OR 0.04OR 0.05OR 0.06OR 0.07OR 0.08OR 0.09LD 0.14OR 1.00ANDLDOUT TR0ANDNOT 0.10ANDNOT 0.11ANDNOT 0.12ANDNOT 0.13OUT 200.00LD TR0LD 0.10OR 0.11OR 0.12OR 0.13ANDLDOUT 200.01LD TR0OUT 1.00LD 0.10OUT 1.10LD 0.11OUT 1.11LD 0.12OUT 1.12LD 0.13OUT 1.13LD 200.00MOV(021) #2 D0LD 200.01MOV