LED 數碼顯示控制設計畢業(yè)論文

畢業(yè)論文（設計） 題目： 基于 PLC 的 LED 數碼顯示控制設計 姓 名： 學 號： 系 部： 班 級 : 指導教師： 基于 PLC 的 LED 數碼顯示控制設計 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 PLC 的執(zhí)行過程進行了研究討論。接著對可編程控制器的各種配置進行了物理描述、對各組成部分的功能進行了概述。然后又介紹了 LED 的種類、工作原理以及優(yōu)點。 關鍵詞： 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 認識可編程控制器 . 5 1.2 PLC 的產生和國內外現狀 . 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 . 7 2.2 LED 數碼管 . 8 2.2.1 結構及工作原理 . 8 2.2.2 產品特點 . 9 2.2.3LED 數碼管分類 . 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 課題設計 . 12 謝辭 . 21 參考文獻 . 錯誤 !未定義書簽。 引 言 可編程控制器（ PLC）是以微處理器為基礎的，綜合了計算機技術 ，自動控制技術和通信技術而發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。由于其具有抗干擾能力強，可靠性高，靈活性好，系統(tǒng)安裝簡單，維修方便等特點，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，可編程控制器在工業(yè)中的應用越來越廣泛。三菱 PLC 作為占國內市場份額較高的 PLC 之一，在工業(yè)自動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 認識可編程控制器 可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子系統(tǒng)它采用一種可編程序的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或 模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程 2 產品主要廠家和產品 德國的西門子 S7 系列、日本三菱的 FX 系列、歐姆龍的 C 系列，美國 AB 公司的 PLC-5 系列。 本門課主要介紹西門子 S7 系列中的低端產品 S7-200 的原理、使用方法和程序設計，簡單介紹高端產品 S7-300、 S7-400。 S7-200 系列具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，因此可以滿足小規(guī)模的控制要求。 1.2 PLC 的產生和國內外現狀 1、 產生背景 60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應生產工藝不斷更 新的需 要，在 1968 年美國通用汽車公司 GM 首先公開招標，對控制系統(tǒng)提出的具體要求基本為 ： a它的繼電控制系統(tǒng)設計周期短，更改容易，接線簡單，成本低； b它能把 計算機的功能和繼電控制系統(tǒng)結合起來，但編程又比計算機簡單易學、操作方便； c系統(tǒng)通用性強。 1969 年美國數字設備公司 DEC 根據上述要求，研制出世界上第一臺可編程序控 制器，并在 GM 公司汽車生產線上首次應用成功，實現了生產的自動控制，但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編邏輯控制器，簡稱 PLCProgrammablc logic Controller。 2、 發(fā)展歷程 70 年代后期，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器更多地具有計算機功能，不僅用邏輯編程取代硬接線邏輯，還增加了運算、數據傳送和處理等功能，真正成為一種電子計算機工業(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的工業(yè)控制裝置的功能遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，故稱為可編程序控制器，簡稱 PCProgrammableController。但由于 PC 容易和個人計算機 PersonalComputer 混淆，故人們仍習慣地用 PLC作為可編程序控制器的縮寫。 70年代末和 80年代初 PLC已成為工業(yè)控制領域中占主導地位的基礎自動化設備。目前在世界先進工業(yè)國家 PLC 已成為工業(yè)控制的標準設備，它的應用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，作為工業(yè)自動化的三大支柱 PLC 技術、機器人、計算機輔助設計和制造之一的 PLC 技術，將會躍居主導地位。 3 未來發(fā)展趨勢 近年來，國外 PLC 發(fā)展的明顯特征是產品的集成度越來越高，工作速度越來越快，功能越來越強，使用越來越方便，工作越來越可靠。 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 多功能化擴展使用領域 方向四 網絡化實現遠程監(jiān) 控 1.3 PLC 的用途 目前， PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關量的邏輯控制 2、模擬量控制 3、運動控制 4、過程控制 5、數據處理 6、通信及聯(lián)網 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 CPU 一樣， CPU 在 PC 系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經中樞。其功能： （ 1）用掃描方式（后面介紹）接收現場輸入裝置的狀態(tài)或 數據，并存入輸入映象寄存器或數據寄存器； （ 2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據； （ 3）診斷電源和 PC 內部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤； （ 4）在 PC 進入運行狀態(tài)后： a）執(zhí)行用戶程序 產生相應的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經命令解釋后，按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路） b）進行數據處理 分時、分渠道地執(zhí)行數據存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術運算任務 c）更新輸出狀態(tài) 輸出實施控制（根據運算結果，更新有關標志 位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內容，再由輸入映象寄存器或數據寄存器的內容，實現輸出控制、制表、打印、數據通訊等） 2.存儲器 系統(tǒng)程序存儲器 存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應用功 能子程序、命令 解釋、功能子程序的調用管理程序和系統(tǒng)參數 *不能由用戶直接存取 3.I/O（輸入 /輸出部件） （ I/O 模塊：接口電路、 I/O 映像存儲器） CPU 與現場 I/O 裝置或其他外部設備之間的連接部件。 2.1.2 分類 現在比較習慣的 PLC 分類是按 I/O 點數分，一般分為三類： 小型 PLC ：小型 PLC 的 I/O 點數一般在 128 點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量 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 采用模塊化結構，其 I/O 點數一般在 2561024 點之間。 大型 PLC ：一般 I/O 點數在 1024 點以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能 2.2 LED 數碼管 2.2.1 結構及工作原理 led 數碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在 內部連 接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。 led 數碼管常用段數一般為 7 段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3 位“ +1”型。位數有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 .， led 數碼管根據 LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 LED 數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數位，因此根據 LED 數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 1、靜態(tài)顯示驅動： 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 埠進行驅動，或者使用如 BCD 碼二 -十進位 *器 *進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 埠多。 2、動態(tài)顯示驅動： 數碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收 到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。 透過分時輪流控制各個 LED數碼管的 COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。 2.2.2 產品特點 1、 LED 數碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅， 黃，藍，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 。通過電腦下 flash、動畫、文字等文件，或使用動畫設計軟件設計個性化動畫，播放各種動感變色的圖文效果； 2、 可放在 PCB 電路板上按紅綠蘭順序呈直線排列，以專用驅動芯片控制，構成變化無窮的色彩和圖形。外殼采用阻燃 PC 塑料制作，強度高，抗沖擊，抗老化，防紫外線，防塵，防潮。 2.2.3 LED 數碼管分類 1、從控制方式上分：分為內控方式（內部有單片機，通電自動變色）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；長度基本上 1 米的（可以定制） 4、從內部可控性上分：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 米的管子內有幾段可以獨立受控； 1 米段數越多，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 需要加開關電源轉換 )；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、 按像素點分 一米 16 段燈管 就是 1 米的燈管有 16 個像素點。 一般有 6 段數碼管、 8 段數碼管、 12 段數碼管、 16 段數碼管、 32 段數碼管等， 16 段的比較多。如 6 段數碼管一般使用在輪廓項目上。 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，進入圖 1 所示界面。 圖 1 （ 2）單擊“工程”，選擇“創(chuàng)建新工程”，彈出圖 2 所示對話框，在“ PLC系列”下拉選項中選擇“ FXCPU”，“ PLC 類型”中選擇“ FX1S”，“程序類型”選擇“梯形圖邏輯”。在“設置工程名”一項前打勾，可以輸入工程要保存到的路徑（ E:stepper）和名稱(stepper)。 圖 2 （ 3）點擊“確定”后，進入梯形圖編輯界面，如圖 3 所示， 圖 3 當梯形圖內的光標為藍邊空心框時為寫入模式，可以進行梯形圖的編輯，當光標為藍邊實心框時為讀出模式，只能進行讀取、查找等操作，可以通過選擇“編輯”中的“讀出模式”或“寫入模式”進行切換。 3.2 課題設計 七段 LED 數碼管的顯示 要 求（從 0 開始每隔 1s 自動增 1，到 9 后再從 9每隔 1s 自動減 1） 原理 LED 數碼管由 7 個發(fā)光二極管組成，此外，還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數點。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其它符號。 LED 數碼管中的發(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成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。實驗中使用的 LED 顯示器為共陰極接法 共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公 共陽極。使用時公共陽極接 5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 為了顯示數字或符號，要為 LED 顯示器提供代碼，因為這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數點位，共計八段。因此提供給 LED 顯示器的字形代碼正好一個字節(jié)。若 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 8 個顯示段依次對應一個字節(jié)的低位到高位，即 D0、 D1、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、D7，則用共陰極 LED 數碼管顯示 十六進制數時所需的字形代碼如表 1 所示。 表 1 共陰極 LED 數碼管字形代 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）連接線路，將鍵盤輸入的一位十進制數用 LED1 靜態(tài)顯示出來。由第 3 章可知，實驗臺上的兩個 LED 為共陰極結構，而位碼用反相驅動器驅動，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 8255A 的 PA0PA6 輸出到七段數碼管的段碼驅動器輸入端 ag， dp接地（不顯示小數點）。編程實現將鍵盤輸入的一位十進制數（或一位十六進制數）在 LED1 上顯示 2、動態(tài)顯示 按圖 4.9-2（ b）連