基于PLC的鋸齒波發(fā)生器

一、原始依據(jù)（包括設(shè)計(jì)或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等。）可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC業(yè)已成為自動(dòng)控制工作者不可或缺的重要工具。歐姆龍是當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的可編程控制器產(chǎn)品，其性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大、適用范圍廣。在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙控控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到鋸齒波形發(fā)生器。這里采用PLC可很方便地構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性、可調(diào)性都能達(dá)到較高的性能指標(biāo)。二、參考文獻(xiàn)王化祥，張淑英等.傳感器原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社,2003,103~120.王輝，張亞妮，徐江偉等.歐姆龍系列PLC原理及應(yīng)用.人民郵電出版社，2009.6.張桂臣，吳庚申.S7-300系列PLC的模擬量處理方法.青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào),2004,31(4)鄭潮印等.利用開(kāi)入節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)PLC的模入采集.國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2005，67(2).程周.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用（歐姆龍機(jī)型）.電子工業(yè)出版社，2006.8.師克寬.過(guò)程參數(shù)檢測(cè).北京：中國(guó)計(jì)量出版社,1999,56~78.王兆明.電氣控制與PLC技術(shù).清華大學(xué)出版社.2005.2孔祥冰等.電氣控制和PLC技術(shù)應(yīng)用.中國(guó)電力出版社.2008.8陳明義.電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教程.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005，258~302.張忠權(quán).電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：中國(guó)電力出版社，2005，132~156.徐啟華.電阻的測(cè)量與非電量檢測(cè).西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998，50~89.蘇文平.新型電子電路應(yīng)用實(shí)例精選.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006，90~125.三、設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計(jì)或研究?jī)?nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求。）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）鋸齒波發(fā)生器輸出的波形頻率范圍0.02Hz-1kHz連續(xù)可調(diào)；2）方波幅值正負(fù)10v，線(xiàn)性度優(yōu)于0.01%；3）波峰峰值20v，各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。4）波形可用觸摸屏顯示，方便可調(diào)。具體要求：就課題任務(wù)查閱相關(guān)資料，熟悉課題中要用到的各種傳感設(shè)備及驅(qū)動(dòng)設(shè)備；根據(jù)現(xiàn)有裝置情況，制定出課題的控制方案；根據(jù)控制方案、PLC機(jī)型、觸摸屏完成PLC的I/O接口分配和正確連線(xiàn)并完成硬件測(cè)試；編寫(xiě)軟件程序，并與硬件實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)調(diào)試；完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。指導(dǎo)教師（簽字）年月日審題小組組長(zhǎng)（簽字）年月日天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱(chēng)基于可編程序控制的鋸齒波發(fā)生器系名信息工程系專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名指導(dǎo)教師一、課題來(lái)源及意義可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它是以微處理器為核心，并采用可編程序的存儲(chǔ)器來(lái)編寫(xiě)的程序并進(jìn)行邏輯控制、用來(lái)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)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC業(yè)已成為自動(dòng)控制工作者不可或缺的重要工具。歐姆龍是當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的可編程控制器產(chǎn)品，其性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大、適用范圍廣。已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代的社會(huì)，信息化時(shí)代的社會(huì)發(fā)展更加是離不開(kāi)電子產(chǎn)品的發(fā)展。我們所研究的鋸齒波和正弦波、三角波就是常用的基本測(cè)試信號(hào)。不僅僅有這些，如在示波器、電視機(jī)等儀器中，目的是為了使電子可以按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，并利用熒光屏可以顯示圖像，我們常常會(huì)用到鋸齒波產(chǎn)生器來(lái)作為我們研究的時(shí)基電路。另外，目的是為了要在示波器上的熒光屏上得到不失真地可以觀(guān)察到被測(cè)信號(hào)的波形，我們就會(huì)要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上可以隨時(shí)間作線(xiàn)性變化的電壓——鋸齒波電壓，為了可以達(dá)到電子束沿水平方向均勻搜索熒光屏。并且電視機(jī)顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，就必須靠磁場(chǎng)變化來(lái)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，所以我們就需要用鋸齒波電流來(lái)控制。因此，鋸齒波在實(shí)際的生產(chǎn)生活中具有有廣泛的應(yīng)用。作為工業(yè)自動(dòng)化的重要支柱之一的可編程序控制器(PLC)就以其高可靠性和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)引導(dǎo)了當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化的潮流，因此掌握PLC技術(shù)已成為大勢(shì)所趨，本課題就是利用可編程序控制器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)的鋸齒波發(fā)生器，由于不同的電子產(chǎn)品所需要的是不同頻率不同幅度的鋸齒波，所以我們就需要設(shè)計(jì)出可調(diào)的電阻來(lái)這樣我們就會(huì)得到與它匹配的波形，從而使得它能正常工作運(yùn)行，從而使它的工作效率達(dá)到最高。二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著進(jìn)年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及各行業(yè)的需求，鋸齒波發(fā)生器處理的方法和理論迅速發(fā)展，技術(shù)不斷創(chuàng)新和完善，其在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，掌握PLC設(shè)計(jì)和應(yīng)用是從事工業(yè)控制研發(fā)技術(shù)人員必須掌握的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)。在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙控控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到鋸齒波形發(fā)生器。這里采用PLC可很方便地構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性、可調(diào)性都能達(dá)到較高的性能指標(biāo)。在70年代以前，信號(hào)發(fā)生器主要分為兩大類(lèi)：正弦波和脈沖波，函數(shù)發(fā)生器也可以提供正弦波、余弦波、三角波、方波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形。鋸齒波發(fā)生器也是最常見(jiàn)的波形之一。標(biāo)準(zhǔn)鋸齒波的波形是先呈直線(xiàn)上升，隨后陡落，再上升，再陡落，如此反復(fù)。我們平時(shí)看到的彩色電視機(jī)屏幕和示波器上的陰極射線(xiàn)管上的圖像產(chǎn)生，鋸齒波起到了很重要的控制作用，由光組成的柵格拼湊成的，我們都知道，電視屏幕上的一幀圖像不是在同一時(shí)刻形成的，而是通過(guò)電子束掃描逐步出現(xiàn)的?？刂茠呙桦娮邮较虻碾姶盆F中，通的電流就是鋸齒波電流。當(dāng)電流強(qiáng)度在直線(xiàn)上升的過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐步增強(qiáng)，電子束偏轉(zhuǎn)幅度逐漸加大，在屏幕上掃過(guò)，通過(guò)電子束不同時(shí)刻強(qiáng)弱的不同形成不同色調(diào)和亮度的光柵格；而當(dāng)電流強(qiáng)度突然降低時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度隨之驟降，電子束迅速返回初始位置，開(kāi)始下一輪掃描。其他波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方式。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器好多采用的是模擬電子技術(shù)，而要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，電路結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜。另外還存在兩個(gè)突出問(wèn)題，一是通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。鋸齒波也是合成樂(lè)器中常出現(xiàn)的合成主音音色。在著名的音樂(lè)動(dòng)畫(huà)Animusic中，鋸齒波給人的視覺(jué)通感通常是亮紅或亮黃色。鋸齒波被描繪成純紅色可以旋轉(zhuǎn)的激光束，很貼切地體現(xiàn)了鋸齒波音色富有穿透力的特點(diǎn)。鋸齒波的掃描特性廣泛應(yīng)用于電視，顯示器，示波器，就是把把鋸齒波電流加在水平的偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈上，或就是把鋸齒波電壓加在示波水平偏轉(zhuǎn)電極，使電子槍發(fā)出的電子射線(xiàn)，按時(shí)間原則偏轉(zhuǎn)，掃描屏幕。鋸齒波發(fā)生器的市場(chǎng)潛力無(wú)窮盡。因?yàn)槿藗冊(cè)絹?lái)越離不開(kāi)電話(huà)電腦電視機(jī)。鋸齒波從中起到了非常大的作用。研究目標(biāo)利用可編程序控制器（PLC）使鋸齒波發(fā)生器輸出的波形頻率范0.02Hz-1kHz連續(xù)可調(diào)；方波幅值正負(fù)10v，線(xiàn)性度優(yōu)于0.01%；波峰峰值20v，各種輸出波形幅值均連續(xù)可調(diào)。波形可用觸摸屏顯示，方便可調(diào)。研究?jī)?nèi)容模擬量是指連續(xù)變化的物理量，如溫度、液位、壓力等等。在工業(yè)中一把都要求把模擬量采樣和控制都轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，和微機(jī)一樣，PLC只能處理數(shù)字量，因此對(duì)模擬量的處理就要求配置相應(yīng)的模擬量借口單元，基于PLC的鋸齒波發(fā)生器的模擬量?jī)H限于輸出，所以我們就只需要一個(gè)D/A轉(zhuǎn)化單元。A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，輸入的是時(shí)間上、幅值上都是連續(xù)的模擬量，而輸出的則是時(shí)間上，幅值上均離散的數(shù)字量，因此，要把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字時(shí)需經(jīng)采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟。D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。

D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬加法器，基準(zhǔn)電壓經(jīng)不同的權(quán)位二進(jìn)制數(shù)控制的電子開(kāi)關(guān)和相應(yīng)電阻網(wǎng)絡(luò)后做為各個(gè)不同比例的輸入電壓由運(yùn)放相加，作為模擬量的輸出。鋸齒波輸出波形的幅值在上限Vmax和下限Vmin之間按指定的斜率遞增或則遞減，設(shè)Vmin=0時(shí)，我們可以很方便的是用BCD碼遞增/、遞減指令和比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)鋸齒波發(fā)生器的幅值控制設(shè)置。因?yàn)镈/A是采用16進(jìn)制的，不符合我們十進(jìn)制要求，所以需要加上標(biāo)度指令，將有關(guān)的參數(shù)轉(zhuǎn)變成我們要求的參數(shù)。要求鋸齒波發(fā)生器輸出的波形都頻率連續(xù)可調(diào)，輸出的波形可在觸摸屏上顯示，方便可調(diào)。軟件程序與硬件實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)調(diào)試。I/O分配表：?jiǎn)?dòng)按鈕SB10.00停止按鈕SB20.01模擬量電壓輸出1.00調(diào)試過(guò)程：[1]先將PLC程序傳入S7-200PLC中，只連接啟動(dòng)與停止開(kāi)關(guān)。[2]按下啟動(dòng)按鈕，然后用萬(wàn)用表測(cè)CS1W-MAD44模擬量I/0模塊的兩點(diǎn)間的電壓，看是否按照規(guī)定曲線(xiàn)運(yùn)行，如果運(yùn)行正確則證明PLC部分調(diào)試成功。[3]打開(kāi)啟動(dòng)按鈕，并且按照給定的時(shí)間函數(shù)循環(huán)運(yùn)行。顯示的最大頻率是10，最小為5五、研究方法與手段研究利用PLC對(duì)鋸齒波發(fā)生器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，在可編程控制器的電子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)。根據(jù)控制方案，PLC機(jī)型，觸摸屏來(lái)完成對(duì)PLCI/O接口分配和正確連線(xiàn)并完成硬件測(cè)試。六、進(jìn)度安排1、2013.12.07-2014.03.01調(diào)查與課題相關(guān)的資料，了解本題的背景，及國(guó)外的研究近況。2、2014.03.01-2014.03.15撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)初步規(guī)劃。3、2014.03.15-2014.04.15根據(jù)所查閱資料和自己所學(xué)知識(shí)制定完整設(shè)計(jì)方案，初步完成設(shè)計(jì)論文。4、2014.04.15-2014.05.01檢查設(shè)計(jì)中存真的問(wèn)題，修正錯(cuò)誤，完善論文的內(nèi)容。5、2014.05.01-2014.05.15將最終的畢業(yè)論文上交并準(zhǔn)備答辯主要參考王化祥，張淑英等.傳感器原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社,2003,103~120.王輝，張亞妮，徐江偉等.歐姆龍系列PLC原理及應(yīng)用.人民郵電出版社，2009.6.張桂臣，吳庚申.S7-300系列PLC的模擬量處理方法.青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào),2004,31(4)鄭潮印等.利用開(kāi)入節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)PLC的模入采集.國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2005，67(2).程周.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用（歐姆龍機(jī)型）.電子工業(yè)出版社，2006.8.師克寬.過(guò)程參數(shù)檢測(cè).北京：中國(guó)計(jì)量出版社,1999,56~78.王兆明.電氣控制與PLC技術(shù).清華大學(xué)出版社.2005.2孔祥冰等.電氣控制和PLC技術(shù)應(yīng)用.中國(guó)電力出版社.2008.8陳明義.電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教程.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005，258~302.張忠權(quán).電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：中國(guó)電力出版社，2005，132~156.徐啟華.電阻的測(cè)量與非電量檢測(cè).西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998，50~89.蘇文平.新型電子電路應(yīng)用實(shí)例精選.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006，90~125.康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第四版）．武漢：高等教育出版社，2005.7舒慶瑩．凌玲．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)．武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.2徐國(guó)華．電子技能實(shí)訓(xùn)教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006選題是否合適：是□否□課題能否實(shí)現(xiàn)：能□不能□指導(dǎo)教師（簽字）年月日選題是否合適：是□否□課題能否實(shí)現(xiàn)：能□不能□審題小組組長(zhǎng)（簽字）年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)題目：基于可編程控制器的鋸齒波發(fā)生器設(shè)計(jì)系名信息工程系專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2014年6月日摘要可編程控制器（PLC）是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫(xiě)的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙控控制、測(cè)量?jī)x器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到鋸齒波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成鋸齒波發(fā)形發(fā)生器，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性、可調(diào)性都能達(dá)到較高的性能指標(biāo)。關(guān)鍵詞:PLC;鋸齒波發(fā)生器；波形；信號(hào)發(fā)生器；ABSTRATProgrammablelogiccontroller(PLC)isdevelopedonthebasisofdevelopmentofcomputertechnology,communicationtechnologyandcontroltechnology,hasbeenwidelyappliedtoeveryfieldofindustrialcontrol.Itisatthecoremicroprocessor,logiccontrol,timing,countingandarithmeticoperationssuchasprogram,andthroughdigitalandanaloginput/outputcontrolmachineryorproductionprocess.Inthefieldofelectronicengineering,communicationengineering,automaticcontrol,remotecontrol,measuringinstruments,instrumentandcomputer,oftenneedtousesawtoothwaveformgenerator.Withtherapiddevelopmentofintegratedcircuits,integratedcircuitscanbeusedtoeasilyconstituteasawtoothwavefaxinggenerator,thewaveform,amplitudeandfrequencystabi