基于PLC的打地鼠游戏设计

一、绪论

1.1课程设计的意义

电气控制技术是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业课，该课程

不但有较高的理论基础要求，而且工程实践性很强，因此除安排上完理论课时外，还安排了三周的课程设计

1.2课程设计的目的

(1)综合运用PLC课程和其它选修课程的理论和知识，掌握PLC设计的一

般方法，树立正确的设计思想，培养分析问题和解决实际问题的能力；

(2)学会从控制系统功能的要求出发，合理的选择外围设备，制定设计方

案，编写控制程序。

(3)学习使用技术手册，掌握查阅专业资料的相关方法。

1.3PLC可编程逻辑控制器的定义

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易

于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

1.4PLC的基本结构

PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器

实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算

机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等

组成。PLC的结构框图如图 1.1所示。

图1.1PLC的基本结构

如图1.1，PLC的基本结构有电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路，此外还有功能模块、通信模块。

a、电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制

造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内。

b、中央处理单元(CPU)

中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

c、存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序固化在ROM内，用户不能直接更改，它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成

的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。用户存储器容量的大小，

关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。

d、输入输出接口电路

(1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是

PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

(2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

1.5PLC的编程语言

在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。

梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，梯形图程序设计语言的特点是：

(1)与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；

(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑

握和学习；

(3)与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流

（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；

(4)与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程

序的检查。

1.6三菱PLC-FX2N系列的特点

三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用

于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。

特点：系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

三菱PLC-FX2N

二、系统方案设计及确定

2.1打地鼠游戏

成品中有一个4×4的发光二极管阵列和开关阵列，并且开关和对应位

置的发光二极管在逻辑上对应。游戏时，发光二极管阵列中的一个会闪烁一下，然后给出一定时间（根据级别不同时间也不同）让游戏者将对应的开关按下，如果按对则加分，按错或没有在规定的时间内按下按键均不加分但也不扣分；如果前10次按对的次数不超过7次，那么游戏将自动返回到开

始状态，重新开始；如果得分超过了20分，游戏将自动升级，灯闪烁的间

隔会减小，意为难度增大。七段数码管用以显示所得分数。此游戏与传统的打地鼠游戏不同：传统的打地鼠游戏每次出现不止一个地鼠，规定在地鼠出