學(xué)校、機(jī)關(guān)、工廠(chǎng)、車(chē)站、碼頭、醫(yī)院、郵電等企事業(yè)單位通常都是以電鈴作為 作息時(shí)間信號(hào) , 鈴聲已日益成為人們生活中的一部分。鈴聲作為作息時(shí)間信號(hào)，最原 始的控制方式就是人工控制。按照作息時(shí)間表敲鈴，以及后來(lái)出現(xiàn)了電鈴但沒(méi)有能實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)控制也是由人工按電鈕開(kāi)關(guān)來(lái)電鈴發(fā)出鈴聲都是人工控制方式。隨著計(jì)算機(jī)技 術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新興的技術(shù) -電氣控制與可編程控制技 術(shù)，而計(jì)算機(jī)向微型方向的一個(gè)分支發(fā)展，則出現(xiàn)了主要是用于控制領(lǐng)域的單片機(jī)。 由于這些新興的法實(shí)現(xiàn)打鈴的自動(dòng)化。目前的自動(dòng)打鈴器，主要包括用單片機(jī)控制、 用 PLC 控制、用電腦程序控制、用繼電器控制這幾種控制方式。

機(jī)向微型方向的一個(gè)分支發(fā)展，則出現(xiàn)了主要是用于控制領(lǐng)域的單片機(jī)。由于這 些新興的控制技術(shù)的各種應(yīng)用芯片的發(fā)展，人們用不同的方法實(shí)現(xiàn)打鈴的自動(dòng)化。目 前的自動(dòng)打鈴器，主要包括用單片機(jī)控制、用 PLC 控制、用電腦程序控制、用繼電器 控制這幾種控制方式。 1.2 課題設(shè)計(jì)的目的和意義 本次設(shè)計(jì)的作息時(shí)間控制系統(tǒng)采 用的是可編程控器控制方式�？删幊炭刂破鞯挠⑽臑� ProgrammableController，到

20 世紀(jì) 90 年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱(chēng)為 PC；加之可編程序的概念所涵蓋的 范圍太大，所以美國(guó) AB 公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 (PLC-Programmable Logic Controller)，為了方便，仍簡(jiǎn)稱(chēng) PLC 為可編程序控制器。 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì) PLC 的定義是：“PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān) 為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(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)算等操作的指令并通過(guò)數(shù)字式或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�？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè) 系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)�！庇捎� PLC 具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，所以 PLC 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), 成為工業(yè)自控設(shè)備之首。在 PLC 應(yīng)用方面，我國(guó)也很活躍，近年來(lái)每年約新投入 10 萬(wàn)臺(tái)套 PLC 產(chǎn)品，年銷(xiāo)售額 30 億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國(guó)家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線(xiàn)方面的應(yīng)用，還需要加大投入�？梢灶A(yù)計(jì) 21 世紀(jì)可編程控制器將會(huì)有更大的發(fā)展從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè) 計(jì)及制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能水平更高的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品 規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大兩個(gè)方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性能上看，產(chǎn)品的 品種會(huì)更豐富、規(guī)格會(huì)更齊備。完美的人機(jī)界面、完備的通訊設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種 工來(lái)控制場(chǎng)合的需求。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展主向。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， 可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)或國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在眾多領(lǐng)域發(fā) 揮越來(lái)越大的作用。PLC 對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化有重要的意義。雖然用其它三種控制 方式也可以實(shí)現(xiàn)作息時(shí)間控制的自動(dòng)化，但是用 PLC 控制方式具可靠性高，抗干擾能 力強(qiáng)的特點(diǎn)，PLC 無(wú)故障時(shí)間高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)，更能適應(yīng)惡劣的環(huán)境。鈴聲的自動(dòng)控制 系統(tǒng)擺脫人工打鈴、打鐘的繁瑣，鈴聲的單調(diào)乏味，以及控制時(shí)間的長(zhǎng)短不便，把人 們從繁煩的操作中解放出來(lái)，也最大限度的緩解各企事業(yè)單們的資金負(fù)擔(dān)，真正實(shí)現(xiàn) 打鈴的無(wú)人看守。

目前，學(xué)校中的作息時(shí)間一般是由自動(dòng)打鈴控制器完成的。盡管這種控制器的功能 單一，用單片機(jī)或數(shù)字電路組成的控制器成本較低，市場(chǎng)上就可買(mǎi)的到自動(dòng)打鈴控制 器一般是用單片機(jī)或數(shù)字電路組成的。但是用 PLC 同樣可以完成自動(dòng)定時(shí)打鈴的控 制。在本課程設(shè)計(jì)中，把它作為一個(gè)典型的時(shí)序控制任務(wù)，完成 PLC 的課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)， 還是很有意義。

本次設(shè)計(jì)是采用 PLC 來(lái)控制數(shù)碼管的顯示和響鈴的輸出，分，時(shí)，星期均采用 7448 進(jìn)行外部七段譯碼 。其中時(shí)間顯示為動(dòng)態(tài)顯示，星期顯示為靜態(tài)顯示，該系統(tǒng)能根據(jù) 作息時(shí)間表自動(dòng)控制電鈴，有時(shí)間星期顯示調(diào)節(jié)及控制功能，當(dāng)秒脈沖計(jì)數(shù) 60 次之后 向分鐘進(jìn)位。當(dāng)分鐘顯示數(shù)碼管顯示到 59 之后又向小時(shí)進(jìn)位，而小時(shí)則是用了一個(gè)計(jì) 數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)了 24 次之后向星期進(jìn)位，同理星期顯示也是用了一個(gè)計(jì)數(shù)器，7 次 之后使程序全部復(fù)位。系統(tǒng)接通電源，通過(guò)分鐘調(diào)節(jié)按鈕，小時(shí)調(diào)節(jié)按鈕，將系統(tǒng)時(shí) 間和星期調(diào)節(jié)為當(dāng)前時(shí)間和星期；然后按下計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)；系統(tǒng)時(shí)間 和星期通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入控制狀態(tài)，將系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間和 星期與作息時(shí)間表比較，又輸出口端口輸出打鈴控制信號(hào)。上課鈴為短音，響 0.5 秒， 停 0.5 秒，共持續(xù) 20 秒；下課鈴為長(zhǎng)音，響 2 秒，停 1秒，共持續(xù) 15 秒；起床，早 操等時(shí)間的鈴聲為連續(xù)打鈴；為了不影響休息周六周日不打鈴。

PLC 產(chǎn)品種類(lèi)繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì) PLC 的分類(lèi)，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu) 形式的不同、功能的差異和 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類(lèi)。

（1） 整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、CPU、I/O 接口等部件都集中裝在一個(gè) 機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。 整體式 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱(chēng)主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成�；締卧獌�(nèi)有 CPU、I/O 接口、與I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或 EPROM 寫(xiě)入器相連 的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒(méi)有 CPU。基本單元和擴(kuò)展單元之間一般 用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制 單元等，使其功能得以擴(kuò)展。

（2） 模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模 塊，如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊（有的含在CPU 模塊中）以及各種功能模塊。 模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊 式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。

還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、I/O 接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接， 并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。

（1）低檔 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能， 還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于 邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。

（2）中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù) 運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可 增設(shè)中斷控制、PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。

（3）高檔 PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、 位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC 機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化。

（1）小型 PLC——I/O 點(diǎn)數(shù)< 256 點(diǎn)；單 CPU、8 位或 16 位處理器、用戶(hù)存儲(chǔ)器 容量 4K 字以下。   

（3）大型 PLC——I/O 點(diǎn)數(shù)> 2048 點(diǎn)；多 CPU，16 位、32 位處理器，用戶(hù)存儲(chǔ) 器容量 8～16K。

選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比�？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、 可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿(mǎn)意的產(chǎn)品。

用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因 此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和 選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。

4N25 為光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。SCR-100 是雙向晶閘管可以 認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)連接的普通晶閘管的組成，它有兩個(gè)主電極 T1 和 T2，以及一個(gè)門(mén) 極 G。門(mén)極使器件在主電極的正反兩個(gè)方面均可觸發(fā)導(dǎo)通，因此在 50HZ 的電壓下， 由于每 0.01s 內(nèi)都有一個(gè)觸發(fā)電壓，使得有一個(gè)主電極觸發(fā)導(dǎo)通，由于接的是交流， 所以每個(gè)主電極總會(huì)在下一個(gè)半波時(shí)由于電壓反向而自動(dòng)關(guān)斷，但在這個(gè)半波內(nèi)另一 個(gè)主電極卻因?yàn)橛|發(fā)脈沖的到來(lái)而導(dǎo)通。所以整個(gè)周期中不管是哪個(gè)半周期只要有觸 發(fā)脈沖就會(huì)使晶閘管導(dǎo)通�？傮w電路工作原理當(dāng)輸入端 Y15 為低電平時(shí)，4N25 輸入 端電流為 0，輸出相當(dāng)于開(kāi)路。當(dāng) Y15 為高電平時(shí)，輸出電鈴回路導(dǎo)通。其電路圖見(jiàn)

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顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且價(jià)格低廉， 因此，得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)要用到 5 個(gè)數(shù)字作為時(shí)間和星期的顯示, 不需顯示

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此外，顯示器中還有一個(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)七個(gè)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 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：  

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。

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。  

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 型代碼正好一個(gè)字節(jié)。各代碼位的對(duì)就關(guān)系如下表3-1。

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此次計(jì)設(shè)采用的共陰極 LED 顯示器，其中時(shí)間顯示為動(dòng)態(tài)顯示，星期顯示為靜態(tài) 顯示

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程是通過(guò)專(zhuān)用的 PLC 編程軟件，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可 以進(jìn)行在線(xiàn)編程或者離線(xiàn)編程，也可以進(jìn)行離線(xiàn)仿真或者在線(xiàn)調(diào)試。通過(guò)專(zhuān)用的 PLC 編程軟件，還可以方便地實(shí)現(xiàn)程序存取、加密或生成 EXE 類(lèi)型的應(yīng)用程序。

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控制程序是本系統(tǒng)的核心部分，任何外部硬件都是在程序的控制下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的。 為了便于分析，下面將分段對(duì)程序進(jìn)行注釋該系統(tǒng)軟件由計(jì)時(shí)及時(shí)間調(diào)節(jié)程序，顯示 程序，作息時(shí)間表程序和控制程序四個(gè)結(jié)構(gòu)組成。

根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)要求，我們通過(guò)之前一個(gè)星期的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，為這次 設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)，使我能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了課程要求，仿真成功并能使自動(dòng)打鈴系 統(tǒng)順利運(yùn)行，完成了預(yù)期目標(biāo)。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了程序的設(shè)計(jì)、分析， 數(shù)碼管針腳的尋找。在實(shí)際的操作過(guò)程中遇到了很多棘手的問(wèn)題，但是在指導(dǎo)老師以 及同學(xué)們的共同努力下把問(wèn)題都一一解決了。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了 PLC 的 基本編程方法，對(duì) PLC 的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在理論的運(yùn)用中， 提高了我的工程素質(zhì)，在沒(méi)做課程設(shè)計(jì)之前，對(duì)一些細(xì)節(jié)不太重視，當(dāng)我把自己想出 來(lái)的程運(yùn)用到 PLC 上的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了：不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果與課程設(shè)計(jì)的要求不相符合。通過(guò)解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，我對(duì) PLC 的理解與認(rèn) 識(shí)得到就加強(qiáng)；看到了理論與實(shí)踐的差距；意識(shí)到?jīng)]有理論的知識(shí)的支持，實(shí)踐是無(wú) 從下手的，理論與實(shí)踐相結(jié)合，可以使我的整體素質(zhì)得到提高。

[1] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京:北京航空航天大學(xué)出 版社,2007:34-89.