LED 數(shù)碼顯示控制設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 基于 PLC 的 LED 數(shù)碼顯示控制設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 班 級(jí) : 指導(dǎo)教師： 基于 PLC 的 LED 數(shù)碼顯示控制設(shè)計(jì) 摘 要 本文首先介紹 了可編程控制器（ PLC）的歷史和發(fā)展，以及對(duì) PLC 的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行了研究討論。接著對(duì)可編程控制器的各種配置進(jìn)行了物理描述、對(duì)各組成部分的功能進(jìn)行了概述。然后又介紹了 LED 的種類(lèi)、工作原理以及優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： PLC LED 可編程控制器 目 錄 引言 第一章 可編程控制器的概況 . 5 1.1 認(rèn)識(shí)可編程控制器 . 5 1.2 PLC 的產(chǎn)生和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 . 5 1.3 PLC 的用途 . 6 第二章 硬件 . 7 2.1 PLC . 7 2.1.1 PLC 各組成部件及作用 . 7 2.1.2 分類(lèi) . 7 2.2 LED 數(shù)碼管 . 8 2.2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 . 8 2.2.2 產(chǎn)品特點(diǎn) . 9 2.2.3LED 數(shù)碼管分類(lèi) . 9 第三章 軟件 . 10 3.1 三菱編程軟件 GX Developer . 10 3.1.1 界面介紹 . 10 3.1.2 使用 . 10 3.2 課題設(shè)計(jì) . 12 謝辭 . 21 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 引 言 可編程控制器（ PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)的，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù) ，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。由于其具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，靈活性好，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，維修方便等特點(diǎn)，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，可編程控制器在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。三菱 PLC 作為占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額較高的 PLC 之一，在工業(yè)自動(dòng)化控制中起著重要的作用。 第一章 可編程控制器的概況 1.1 認(rèn)識(shí)可編程控制器 可編程控制器是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)它采用一種可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或 模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程 2 產(chǎn)品主要廠(chǎng)家和產(chǎn)品 德國(guó)的西門(mén)子 S7 系列、日本三菱的 FX 系列、歐姆龍的 C 系列，美國(guó) AB 公司的 PLC-5 系列。 本門(mén)課主要介紹西門(mén)子 S7 系列中的低端產(chǎn)品 S7-200 的原理、使用方法和程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單介紹高端產(chǎn)品 S7-300、 S7-400。 S7-200 系列具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，因此可以滿(mǎn)足小規(guī)模的控制要求。 1.2 PLC 的產(chǎn)生和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1、 產(chǎn)生背景 60 年代末期，美國(guó)汽車(chē)制造工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更 新的需 要，在 1968 年美國(guó)通用汽車(chē)公司 GM 首先公開(kāi)招標(biāo)，對(duì)控制系統(tǒng)提出的具體要求基本為 ： a它的繼電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，更改容易，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低； b它能把 計(jì)算機(jī)的功能和繼電控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，但編程又比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)、操作方便； c系統(tǒng)通用性強(qiáng)。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 DEC 根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺(tái)可編程序控 制器，并在 GM 公司汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上首次應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)控制，但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱(chēng)為可編邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PLCProgrammablc logic Controller。 2、 發(fā)展歷程 70 年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器更多地具有計(jì)算機(jī)功能，不僅用邏輯編程取代硬接線(xiàn)邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，而且做到了小型化和超小型化。這種采用微電腦技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，故稱(chēng)為可編程序控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PCProgrammableController。但由于 PC 容易和個(gè)人計(jì)算機(jī) PersonalComputer 混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用 PLC作為可編程序控制器的縮寫(xiě)。 70年代末和 80年代初 PLC已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備。目前在世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家 PLC 已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，作為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱 PLC 技術(shù)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造之一的 PLC 技術(shù)，將會(huì)躍居主導(dǎo)地位。 3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，國(guó)外 PLC 發(fā)展的明顯特征是產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高，工作速度越來(lái)越快，功能越來(lái)越強(qiáng)，使用越來(lái)越方便，工作越來(lái)越可靠。 方向一 微型化取代傳統(tǒng)繼電器 方向二 大型化作為主控制器 方向三 多功能化擴(kuò)展使用領(lǐng)域 方向四 網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān) 控 1.3 PLC 的用途 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。 1、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 2、模擬量控制 3、運(yùn)動(dòng)控制 4、過(guò)程控制 5、數(shù)據(jù)處理 6、通信及聯(lián)網(wǎng) 第二章 硬件 2.1 PLC 2.1.1 PLC 各組成部件及作用 1.CPU 是 PLC 的核心部分 。 與通用微機(jī) CPU 一樣， CPU 在 PC 系統(tǒng)中的作用類(lèi)似于人體的神經(jīng)中樞。其功能： （ 1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或 數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器； （ 2）接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)； （ 3）診斷電源和 PC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤； （ 4）在 PC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶(hù)程序 產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)（從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路） b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動(dòng)作，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù) c）更新輸出狀態(tài) 輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志 位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等） 2.存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功 能子程序、命令 解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù) *不能由用戶(hù)直接存取 3.I/O（輸入 /輸出部件） （ I/O 模塊：接口電路、 I/O 映像存儲(chǔ)器） CPU 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 2.1.2 分類(lèi) 現(xiàn)在比較習(xí)慣的 PLC 分類(lèi)是按 I/O 點(diǎn)數(shù)分，一般分為三類(lèi)： 小型 PLC ：小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。 中型 PLC ：中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 2561024 點(diǎn)之間。 大型 PLC ：一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能 2.2 LED 數(shù)碼管 2.2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線(xiàn)已在 內(nèi)部連 接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類(lèi)似于3 位“ +1”型。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 .， led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解 LED 的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 1、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 埠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 -十進(jìn)位 *器 *進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 埠多。 2、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O 線(xiàn)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收 到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位元就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè) LED數(shù)碼管的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。 2.2.2 產(chǎn)品特點(diǎn) 1、 LED 數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅， 黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化， LED 數(shù)碼管可均勻排布形成大面積顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字，并可播放不同格式的視頻文件 。通過(guò)電腦下 flash、動(dòng)畫(huà)、文字等文件，或使用動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)個(gè)性化動(dòng)畫(huà)，播放各種動(dòng)感變色的圖文效果； 2、 可放在 PCB 電路板上按紅綠蘭順序呈直線(xiàn)排列，以專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片控制，構(gòu)成變化無(wú)窮的色彩和圖形。外殼采用阻燃 PC 塑料制作，強(qiáng)度高，抗沖擊，抗老化，防紫外線(xiàn)，防塵，防潮。 2.2.3 LED 數(shù)碼管分類(lèi) 1、從控制方式上分：分為內(nèi)控方式（內(nèi)部有單片機(jī)，通電自動(dòng)變色）和外控方式（需要外接控制器才能變色）。 2、從變化方式上分：分為固定色彩的和七彩、全彩的；固定色彩的是用來(lái)勾輪廓的，全彩的可以勾輪廓，也可以組成 管屏顯示文字、視頻等； 3、從尺寸上分：有 D50 的、 D30 的，這是直徑；長(zhǎng)度基本上 1 米的（可以定制） 4、從內(nèi)部可控性上分：有 1 米 6 段的，有 1 米 8 段的和 1 米 12 段、 1 米 16段、 1 米 32 段的。也就是 1 米的管子內(nèi)有幾段可以獨(dú)立受控； 1 米段數(shù)越多，做視頻的效果越好。如果密度低，或者做些追逐效果，做 1 米 6 段也就可以了。 5、從 led 數(shù)量上，有 1 米 96 顆燈的，有 1 米 144 顆燈的；燈越多效果越好。一般做全彩的都是用 1 米 144 顆燈的。 6、從供電上分，分為高壓供電 (直接 220V 供電 )和低壓供電 (12v 供電， 220v電源 需要加開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換 )；一般選擇低壓供電的，比較可靠穩(wěn)定，高壓供電的容易燒毀。 7、 按像素點(diǎn)分 一米 16 段燈管 就是 1 米的燈管有 16 個(gè)像素點(diǎn)。 一般有 6 段數(shù)碼管、 8 段數(shù)碼管、 12 段數(shù)碼管、 16 段數(shù)碼管、 32 段數(shù)碼管等， 16 段的比較多。如 6 段數(shù)碼管一般使用在輪廓項(xiàng)目上。 第三章 軟件 3.1 三菱編程軟件 GX Developer 3.1.1 界面介紹 3.1.2 使用 （ 1）雙擊 GX Developer 圖標(biāo)，進(jìn)入圖 1 所示界面。 圖 1 （ 2）單擊“工程”，選擇“創(chuàng)建新工程”，彈出圖 2 所示對(duì)話(huà)框，在“ PLC系列”下拉選項(xiàng)中選擇“ FXCPU”，“ PLC 類(lèi)型”中選擇“ FX1S”，“程序類(lèi)型”選擇“梯形圖邏輯”。在“設(shè)置工程名”一項(xiàng)前打勾，可以輸入工程要保存到的路徑（ E:stepper）和名稱(chēng)(stepper)。 圖 2 （ 3）點(diǎn)擊“確定”后，進(jìn)入梯形圖編輯界面，如圖 3 所示， 圖 3 當(dāng)梯形圖內(nèi)的光標(biāo)為藍(lán)邊空心框時(shí)為寫(xiě)入模式，可以進(jìn)行梯形圖的編輯，當(dāng)光標(biāo)為藍(lán)邊實(shí)心框時(shí)為讀出模式，只能進(jìn)行讀取、查找等操作，可以通過(guò)選擇“編輯”中的“讀出模式”或“寫(xiě)入模式”進(jìn)行切換。 3.2 課題設(shè)計(jì) 七段 LED 數(shù)碼管的顯示 要 求（從 0 開(kāi)始每隔 1s 自動(dòng)增 1，到 9 后再?gòu)?9每隔 1s 自動(dòng)減 1） 原理 LED 數(shù)碼管由 7 個(gè)發(fā)光二極管組成，此外，還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號(hào)。 LED 數(shù)碼管中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。實(shí)驗(yàn)中使用的 LED 顯示器為共陰極接法 共陽(yáng)極接法：把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公 共陽(yáng)極。使用時(shí)公共陽(yáng)極接 5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。 為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為 LED 顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是為顯示字形的，因此稱(chēng)之為字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)八段。因此提供給 LED 顯示器的字形代碼正好一個(gè)字節(jié)。若 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 8 個(gè)顯示段依次對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的低位到高位，即 D0、 D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、D7，則用共陰極 LED 數(shù)碼管顯示 十六進(jìn)制數(shù)時(shí)所需的字形代碼如表 1 所示。 表 1 共陰極 LED 數(shù)碼管字形代 碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 0 3FH 6 7DH C 39H 1 06H 7 07H d 5EH 2 5BH 8 7FH E 79H 3 4FH 9 6FH F 71H 4 66H A 77H 滅 00H 5 6DH b 7CH 靜態(tài)顯示 按圖 2（ a）連接線(xiàn)路，將鍵盤(pán)輸入的一位十進(jìn)制數(shù)用 LED1 靜態(tài)顯示出來(lái)。由第 3 章可知，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的兩個(gè) LED 為共陰極結(jié)構(gòu)，而位碼用反相驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，因此， S1 接 +5V 使 LED1 被選中， S0 接地使 LED0 未被選中（不 工作）。要顯示字符的字形碼經(jīng) 8255A 的 PA0PA6 輸出到七段數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)器輸入端 ag， dp接地（不顯示小數(shù)點(diǎn)）。編程實(shí)現(xiàn)將鍵盤(pán)輸入的一位十進(jìn)制數(shù)（或一位十六進(jìn)制數(shù)）在 LED1 上顯示 2、動(dòng)態(tài)顯示 按圖 4.9-2（ b）連