第7章 顺序控制系统设计
计算机组成原理习题答案第七章
１．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
２．什么是三级时序系统？解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。
３．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什么？解：控制器的基本功能有：（１）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
（３）指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３类，分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。
４．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？解：从程序运行的角度来看，CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯? 诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。
５．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。
解：CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。
顺控(SCS)很详细的讲义
第一章概述第一节顺序控制系统概述在生产过程控制中，有两种类型的控制，一种称为模拟量控制，另一种称为开关量控制。
在模拟量控制系统中，被控制量、设定值、控制器的输入及输出均为模拟量。
这种系统将被控制量反馈值与设定值进行比较，然后根据比较的结果，改变控制量，最终使被控制变量维持在设定值，例如水位调节系统、汽温调节系统。
在模拟量控制系统中，由于控制器、被控制对象以及反馈通道构成了一个闭合回路，所以这种系统又称为闭环控制系统(Closed Control System简称CCS)。
在开关量控制系统中，检查、运算和控制信息全部是“存在”或“不存在”两种信息。
系统输入的往往是设备状态信号，如设备的运行或停止、阀门的开或关，系统输出的是启停命令，或开关命令。
例如引风机的启动、停止控制系统。
在这类控制系统中，为了使设备A启动，往往要检测多个其他设备如B、C、D等的状态，判断它们的状态是否满足A 设备启动的要求，若不满足，要由相应的命令控制B、C、D等设备的开关或启停，直到所有条件满足后，再发出命令使A启动。
所以这种控制系统的特点是一个按照预先规定的顺序进行检查、判断(逻辑运算)、控制、再检查、判断、控制的过程。
所以开关控制又称为顺序控制系统(Sequence Control System简称SCS)。
火电厂SCS系统的任务是实现对单元机组的辅机、如各种电动机、阀门挡板的启动或停止、开或关控制。
随着机组容量的增大和参数的提高，辅机数量和辅机系统的复杂程度大大增加，一台300MW的机组约有辅机、电动门、气动门近400台套。
对如此众多且相互间具有复杂联系的辅机设备，靠运行人员进行手工操作是难以胜任的，必须采用安全可靠的自动控制装置，实现对辅机的顺序控制。
随着自动控制技术及计算机技术的发展，特别是可编程控制器(PLC)和微机分散控制系统(DCS)的发展，为实现完善的辅机顺序控制创造了条件。
火电机组辅机实现顺序控制，标志着机组的自动控制达到了一个新的水平。
《数字系统设计》PPT课件
慎重地加以选择。总的原则是，所选择的方案既要能满足系统的
要求，又要结构简单，实现方便，具有较高的性能价格比。
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7
第7章 数字系统设计
2. 逻辑划分，导出系统框图
系统总体方案确定以后，可以根据数据子系统和控制子系统 各自的功能特点，将系统从逻辑上划分为数据子系统和控制子系 统两部分，导出包含有必要的数据信息、 控制信息和状态信息的 结构框图。逻辑划分的原则是， 怎样更有利于实现系统的工作原 理，就怎样进行逻辑划分。 为了不使这一步的工作太过复杂，结 构框图中的各个逻辑模块可以比较笼统、比较抽象，不必受具体 芯片型号的约束。
a
5
第7章 数字系统设计 7.1.2 数字系统设计的一般过程
系统调研 ，确定总体 方案
逻辑划分 ，导出系统 框图
功能分解 ，构造数据 子系统
算法设计 ，实现控制 子系统
图 7 - 2 数字系统设计过程
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第7章 数字系统设计 1. 系统调研， 确定总体方案
接受一个数字系统的设计任务后，首先应对设计课题进行充
第7章 数字系统设计
第7章 数字系统设计
7.1 数字系统设计概述 7.2 控制子系统的设计工具 7.3 控制子系统的实现方法 7.4 数字系统设计举例
a
1
第7章 数字系统设计
7.1 数字系统设计概述
1. 什么是数字系统
在数字电子技术领域内，由各种逻辑器件构成的能够实现某
种单一特定功能的电路称为功能部件级电路，例如前面各章介绍
分的调研， 深入了解待设计系统的功能、使用环境与使用要求，
选取合适的工作原理与实现方法，确定系统设计的总体方案。 这
是整个设计工作中最为困难也最体现设计者创意的一个环节。因
plc第七章传送带(电子书)
第7章传送带控制系统本章以制作传送带控制系统为目的，首先从简单的单传送带、多传送带控制入手，逐步学会传送带控制的多种设计方法，最终完成四节传送带控制系统设计，使学生对传送带可编程控制系统有一个直观、感性的认识，锻炼读者应用PLC解决问题的能力。
教学导航教知识重点（1）基本触点指令，置位、复位、RS触发器。
（2）掌握顺序控制程序设计方法。
（3）掌握程序控制类指令、子程序设计。
（4）熟练掌握PLC程序设计、调试流程。
知识难点（1）S7-200的I/O地址分配规律。
（2）程序控制类指令设计方法。
推荐教学方法本章的知识链接部分用讲授法和引导文法；初步训练部分使用案例教学法；强化训练、拓展训练部分使用项目教学法。
学推荐学习方法动手完成小车传送带控制系统的实现，实施过程中逐步理解S7-200的编程指令真正含义。
必须掌握的理论知识（1）基本触点指令，置位、复位、RS触发器。
（2）程序控制类指令使用方法。
必须掌握的技能（1）S7-200指令编写和外部接线连接。
（2）电动机传送带控制设计方法。
（3）传送带触摸屏控制设计方法。
7.1 知识链接7.1.1 程序控制类指令程序控制类指令用于程序运行状态的控制，主要包括系统控制、跳转、循环、子程序调用、顺序控制等指令，系统控制类指令主要包括暂停、结束、看门狗等指令。
1、条件结束(END/MEND) 指令所谓有条件结束（END）指令，就是执行条件成立时结束主程序，返回主程序起点，终止用户程序的执行返回主程序的第一条指令指行(循环扫描工作方式)。
梯形图结束指令不连在左侧母线时，为条件结束指令(END)。
条件结束指令用在无条件结束（MEND）指令之前，用户必须以无条件结束指令结束主程序。
条件结束指令执行时(指令直接连在左侧母线，无使能输入)，梯形图结束指令直接连在左侧电源母线时，为无条件结束指令(MEND)。
注意：结束指令只能在主程序中使用，不能在子程序和中断服务程序中使用。
STEP7-Micro/WIN编程软件在主程序的结尾自动生成无条件结束(MEND)指令，用户不得输入无条件结束指令，否则编译出错。
电气控制与PLC应用技术项目化教程第7章
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
这样就得到了输入和输出之间的逻辑关系式，可以很容 易地得到红、绿灯闪烁的梯形图程序，如图7-2所示，其中 SM
图7-2 灯闪烁梯形图
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
四、拓展知识：PLC控制系统设计的基本步骤 (1) 对控制任务作深入的调查研究。 (2) 确定系统总体设计方案。 (3) 确定系统的硬件构成。 (4) 确定PLC的I/O分配。 (5) 设计应用程序。 (6) 程序调试。 (7) 制作控制柜。 (8) 现场调试。 (9) 编制技术文件。
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
2．喷泉控制系统设计。 控制要求：有10个喷泉头“一”字排开。系统启动后， 喷泉头要求每间隔1 s从左到右依次喷出水来，全部喷出10 s 后停止，然后系统又从左到右依次喷水，如此循环。10个喷 泉头由10个继电器控制，继电器得电，相应的喷泉头喷水。 请给出PLC的I/O分配表，并编写梯形图程序。
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试 由状态表可得F1、F2的逻辑函数：
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试 这样就可以很容易地得到绿灯常亮的梯形图程序，如图
7-1所示。
图7-1 绿灯常亮梯形图
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
由控制要求可知，能引起绿灯闪烁的情况有六种，能引 起红灯闪烁的情况有四种。综合二者，得到状态表，如表72所示。
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
图7-6 PLC-S2挂件端子连接
项目七 典型控制系统的PLC设计与调试
三、任务实施
(一) 所需元件和工具
西门子PLC编程举例自动保存_2
7.2.3 工件分拣系统设计
Network 3 // 第二块挡板, =1,
挡住黄色挡板
LD
I0.2
EU
O
Q0.2
AN
T40
PLC系统硬件配置后, 可进行应用程序设 计。PLC应用程序的设计是软、硬件知识的 综合应用, 有时硬件设计与应用程序设计可 同时进行。
一、程序设计的步骤
1. 系统框图设计 2. 分配I/O编号 3. 设计应用程序 4. 程序调试 5. 编写程序说明书
二、应用程序的设计方法
应用程序设计过程中，应正确选择能 反映生产过程的变化参数作为控制参量进行 控（例如: 取水泵站的控制选用水位作 控 制参量）；应正确处理各执行电器、各编程 元件之间的互相制约、互相配合的关系，即 联锁关系（例，水不能溢出水池）。 PLC应 用程序的设计方法有多种，常用的设计方法 有经验设计法、顺序功能图法等。
顺序功能图(Sequential Function Chart)是描述控制系统的 控制过程、功能和特性的一种图形, 也是设计PLC的顺序控制程序的 有
力工具。
7.2 基础编程举例
1. 单按钮控制电动机起停 ◆用一个按钮控制一台电动机的起停以节省输入。
7.2.1 单按钮控制电动机起停
7.2.2 水塔水位的控制
Network 8
SCRE
Network 9
LSCR S0.1
Network 10 // 停第四台KM4, 定时30S,
Q0.3, 1
TON
简述可编程序控制器的定义
第一章习题1. 简述可编程序控制器的定义。
2. 可编程控制器的基本组成有哪些？3. 输入接口电路有哪几种形式？输出接口电路有哪几种形式？各有何特点？4. PLC的工作原理是什么？工作过程分哪几个阶段？5. PLC的工作方式有几种？如何改变PLC的工作方式？6. 可编程序控制器有哪些主要特点?7. 与一般的计算机控制系统相比可编程序控制器有哪些优点?8. 与继电器控制系统相比可编程序控制器有哪些优点?9. 可编程序控制器可以用在哪些领域?第二章习题1. S7-200系列PLC有哪些编址方式？2. S7-200系列CPU224 PLC有哪些寻址方式？3. S7-200系列PLC的结构是什么？4. CPU224 PLC有哪几种工作方式？5. CPU224 PLC有哪些元件，它们的作用是什么？6. 常见的扩展模块有几类？扩展模块的具体作用是什么？7. PLC需要几个外电源？说明各自的作用？第三章习题1. 如何建立项目？2. 如何在LAD中输入程序注解？3. 如何下载程序？4. 如何在程序编辑器中显示程序状态？5. 如何建立状态图表？6. 如何执行有限次数扫描？7. 如何打开交叉引用表？交叉引用表的作用是什么？第四章习题1. 填空1）通电延时定时器（TON）的输入（IN）时开始定时，当前值大于等于设定值时其定时器位变为，其常开触点，常闭触点。
2）通电延时定时器（TON）的输入（IN）电路时被复位，复位后其常开触点，常闭触点，当前值等于。
3）若加计数器的计数输入电路（CU），复位输入电路（R），计数器的当前值加1。
当前值大于等于设定值（PV）时，其常开触点，常闭触点。
复位输入电路时计数器被复位，复位后其常开触点，常闭触点，当前值为。
4）输出指令（=）不能用于映像寄存器。
5）SM 在首次扫描时为1，SM0.0一直为。
6）外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为状态，梯形图中对应的常开接点，常闭接点。
7）若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为状态，在输出刷新后，继电器输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常开触点。
第7章 数字系统设计实例
第7章 数字系统设计实例
7.2 音 乐 发 生 器
本设计利用可编程逻辑器件配以一个小扬声器设 计了一个音乐发生器，其结构如图7-4所示。本例产生 的音乐选自“梁祝”片段。
第7章 数字系统设计实例
4 MHz
预置计数器
二分频
扬声器
初始计数值 4 Hz
音名译
数码管
乐谱产生器
图7-4 音乐产生器原理框图
第7章 数字系统设计实例
从这种实现方法的特点可以看出，由于分频器的 分频值在不断改变，因此分频后得到的信号抖动较大。 当分频系数为N-0.5(N为整数)时，可控制扣除脉冲 的时间，使输出为一个稳定的脉冲频率，而不是一次N 分频，一次N-1分频。
第7章 数字系统设计实例
7.1.2 电路组成 设需要设计一个分频系数为N-0.5的分频器，其电
第7章 数字系统设计实例
BEGIN
clk<=inclk XOR divide2; --inclk与divide2异或后作为模N计数器的时钟 outclk1<=inclk; PROCESS(clk)
BEGIN
IF(clk'event AND clk='1') THEN IF(count="0000") THEN
路可由一个模N计数器、一个二分频器和一个异或门组
成，如图7-1所示。 在实现时，模N计数器可设计成带预置的计数器， 这样就可以实现任意分频系数为N-0.5的分频器。
第7章 数字系统设计实例
f0
异或门
模 N计 数 器
f0/(N－ 0.5)
二分频器
f0/(2N－ 1)
图7-1 通用半整数分频器
第7章 数字系统设计实例
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程序清单见课程设计指导书或配套仿真软件
5
7.4 仿真与实验结果
图7-5 顺序控制系统Proteus仿真电路与结果
6
7.4 仿真与实验结果
图7-6 顺序控制系统多孔板实验结果
7
C2 P12 Q3
30pF
S9012
Vcc
P13
Q4
S9012
1 K1 3 2 54
R4 1K
LED1
D1
1 K2 3
2 54
D2
R5 1K LED2
1 K3 3 2
5
4
R6 1K
LED3
D3
1 K4 3
2
5
4
R7 1K
LED4
D4 GND
图7-2 顺序控制系统电路原理图
4
7.3 程序设计
开始 程序初始化 P1.0=0、P1.1=0 等待1s定时 P1.1=0、P1.2=0
P1.7 RESET RXD(P3.0) TXD(P3.1)
P0.6 33
P0.7 32 EA/Vpp 31
ALE/PROG 30 29
13 14 15
16 17 AL2 18 XTAL1 19
INT0 (P3.2) INT1 (P3.3)
T0(P3.4)
T1(P3.5) WR(P3.6) RD(P3.7) XTAL2 XTAL1
a
a 等待1s定时 P1.2=0、P1.3=0 等待1s定时 P1.3=0、P1.0=0 等待1s定时
中断服务程序入口
重置50ms定时的计数初值
停止键按下？ N
中断次数加1
Y 定时器停止运行 继电器停止运行
中断到20次了吗？ N
Y 设置1s到标志
中断返回
图7-3 主程序流程图
图7-4 定时器中断程序
第7章 顺序控制系统设计
7.1 项目任务 7.2 硬件设计 7.3 程序设计 7.4 仿真与实验结果
1
顺序控制是一种按时间或逻辑顺序进行控制的开环 控制方式，它可按照预先规定的顺序进行检查、判 断与控制。
2
7.1 项目任务
以继电器负载来模拟工业现场的负载，利用STC89C52单片 机控制4个5V继电器，模拟工业过程中的顺序控制，控制4个继 电器按一定的时间顺序开通与关断，同时发光二极管也随之点 亮或熄灭。
3
7.2 硬件设计
U1
Vcc
P10 1 P1.0
VCC 40
P11 2 P1.1
P0.0 39
P12 3 P1.2
STC89C52 P0.1 38
S2 P13 4 P1.3
P0.2 37
P14 5 P1.4
P0.3 36
6 P1.5
P0.4 35
7 P1.6
P0.5 34
8 RST 9
10 11 12
PSEN 28
P2.7
P2.6
27 26
P2.5
25
P2.4 24
P2.3
P2.2 23
P2.1 22
20 GND
P2.0 21
S1 R2 1k
Vcc
C3 10μF
RST
R1
10k
R3 Vcc
Vcc
P10
Q1
S9012
Vcc
P11
Q2
S9012
XTAL1
XTAL2
11.0592MHz
Vcc
C1 X1 30pF