主讲人：刘利 lili630@sjtu.edu.cn 021-34206294 交通大学网络控制课程系列 2008.1.7 上海交通大学机电控制研究所 lili630@sjtu.edu.cn 021-34206294 交通大学网络控制课程系列 考试课、专业基础课、必修课 2008.1.7

一、教学要求的基本层次 教学要求分为三个层次，即：掌握、理解和了解。 1. 掌握 1. 掌握 本课程的重点内容要求达到全面、深入地掌握程度。并能够举一反三，熟练解决相关问题，这是学位考的重点考核内容。 2. 理解 本课程的一般内容要求能够理解，并能够进行分析和判断。 3. 了解 本课程的一些基本概念要求能够了解。同时一些涉及数学、电子的内容不要求进一步深入和扩展的要求。

二、考题类型 一、选择题（包括单、多选择） 二、简答题 三、程序分析题（包括PLC、单片机） 四、控制系统设计（包括低压电器、PLC、单片机的硬、软件） 五、分析、判断题 注：取消填空题！

三、复习范围和具体要求 第一章 概述 复习内容： 第三节：机电控制系统的基本要素和功能 第四节：控制系统的基本概念 具体要求： 1、机电一体化系统的五大构成要素、五大功能及它们的对应关系。 2、控制系统基本类型 3、闭环控制系统的基本组成。 4、控制系统的基本要求。 以上内容需要掌握。

重要内容的回顾 （教材P3 ～12） 1.机电一体化系统的构成 位置,速度检测单元 电机 机械 部件 位置,速度反馈 CNC 数控机床伺服系统组成

执行器 控制 信息 电子控制单元 动力源 检测传 感部分 机械本体 参数变 化信息 驱动力 能 量 检测参数

机电一体化的形人结构

机电一体化系统的各部分的作用 1、机械本体（结构功能） 由机械零件组成，能够传递运动并完成某些有效工作的装置。 2、能源（运转功能）:提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能。 3、检测传感装置:检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能 4、电子控制单元:处理、运算、决策，实现控制功能. 5、执行机构:包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动作，实现驱动功能和能量转换功能。 。

2、控制系统的基本类型 按输入量特征分类 按传递信号分类 按系统构成分类 按系统中 元件特性 按信号传递方向 恒值控制 连续控制 开环控制 线性控制 前馈控制 程序控制 离散（数字）控制 闭环控制 非线性控制 反馈控制 随动控制 半闭环控制

按输入量的特征分类 恒值控制系统：系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 随动系统（伺服系统）：输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。 如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，控制器按照预先确定的顺序，或按照一定逻辑顺序逐次对各个阶段进行控制，使被控对象按照要求而运动。程序控制主要包括如下三种形式：

顺序控制：使机器按着制定的操作顺序运行 E.g.马达和机械的 顺序启动 E.g.氖灯广告 时间控制：某台机器的操作经过规定的时间后，使下一个机器运行 E.g.交通信号灯 E.g.洗衣机 条件（连锁）控制：若设定的条件成立时， 使机器运行 E.g.一般机械的控制

按系统中传递信号的性质分类 连续控制系统： 系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。 离散（数字）控制系统： 系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。

方程系数与时间的关系->定常、时变* 按系统元件特性分类 线性控制系统： 由线性元件组成，输入输出问具有叠加性和均匀性性质。 以线性微分方程来表述。 非线性控制系统： 系统中有非线性元件，输入输出间不具有叠加性和均匀性性质。 用非线性微分方程来表述。 方程系数与时间的关系->定常、时变*

开环控制与闭环控制 控制系统根据有无反馈作用可分为三类： 开环控制系统 闭环控制系统 半闭环控制系统

优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。 控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。 数控机床的开环控制系统方块图 优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。 缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。

优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感 缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析 和设计麻烦。 闭环控制 闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。闭环的作用：应用反馈，减少偏差。 优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感 缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析 和设计麻烦。

特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。 半闭环控制 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。

3、闭环控制系统的组成 1给定元件： 产生给定信号或输入信号。 2反馈元件： 3比较元件： 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号。 4放大元件： 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现控制功能。 5执行元件： 直接对受控对象进行操纵的元件，如电动机、液压马达等。 2反馈元件： 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。为便于传输，反馈信号通常为电信号。 电等系统中存在着内在反馈，这种反馈无须专门的反馈元件，是系统内部各参数相互作用产生的，如作用力与反作用力之间形成的直接反馈。 注意：在机械、液压、气动、机

6校正元件： 用以改善系统控制质 量的装置。 校正元件分为串联和并联两种。 控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等共同起控制作用，统称为控制器。 实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为内部扰动和外部扰动。但在控制系统中，扰动集中表现在控制量与被控量的偏差上，因此，可以将控制系统的扰动等效为对控制对象的干扰。

4、自动控制系统的基本要求 稳定性： 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。 稳定的摆 不稳定的摆

(c)不稳定 (b)稳定 注意：控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关

准确性： 控制精度，以系统稳态误差来衡量。稳态误差是指输入量作用系统后，系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量之间的差值。 快速性： 系统输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。 注意： 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快速性要求各有侧重。 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约。如提高系统响应的快速性，可能会引起振荡，稳定性变差；改善系统的稳定性，控制过程可能过于迟缓，甚至控制精度降低。因此，应根据实际需求合理选择。

第二章 机电控制系统的数学模型 此部分内容只需一般了解 第三章传感器技术 此章内容省略

第四章继电接触控制系统设计 复习内容 4.1 常用低压电器 4.2 电气原理图的画法规则 4.3 基本控制电路 4.4 三相异步电机控制系统设计 具体要求： 1、掌握各种常用低压电器（空气开关、中间继电器、空气开关熔断器、接触器、热继电器）的功能及应用场合； 2、了解常用低压电器文字与图形符号； 3、掌握基本控制电路（包括三相异步电机启动、停止控制系统） 4、能够根据工艺要求，设计相应的低压电器控制系统。

重要内容回顾 1、常用低压电器 （见教材P75~80) 断路器(又称空气开关） 作用：  不频繁地接通或断开负载电路        具有过载、短路、失压保护功能 结构：自动开关从结构由三部分组成： 主触点及灭弧系统（执行部分）——接通/分断主电路； 各种脱扣器（感测元件）——接收电路的故障信号； 操作机构（机械传递部件）——由脱扣器接收信号后由它实现自动/手动跳闸的任务。

工作原理： （过电流脱扣器的自动开关原理结构图）

断路器文字与图形符号

继电器 作用：根据某种输入信号的变化，接通/断开控制电路，实现控制目的。 种类： 电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器及压力继电器等； 中间继电器 特点：中间继电器（KA）实质上是电压继电器的一种，但它的触点数多，触点的容量大（额定电流5—10A）。 作用：信号传递、放大、分路、反相。 图形、文字符号：

时间继电器 定义：线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器 种类：断电延时时间继电器、通电延时时间继电器。 图形、文字符号 触点表示含义 具体见教材P103

作用：利用热效应原理，对电机或电气设备过载起保护作用。    热继电器 作用：利用热效应原理，对电机或电气设备过载起保护作用。 长期过载、频繁启动、欠电压、 断相运行均会引起过电流。

接触器 作用：接触器是一种用来频繁地接通或断开有负载的主电路的自动控制器。 与继电器的区别： 主、辅触点之分  主、辅触点之分 按主触点通过的电流是直流还是交流，接触器分为直流/交流接触器。 主触点容量大。 图形及文字符号：

2、基本控制电路（见教材P105~116) （1）启动、自锁与停止控制电路 生产设备在使用时，一般都必须有启动与停止按钮，用于控制设备的启动与停止。 （2）长动与点动控制 生产设备在正常情况下是连续工作，即所谓长动；而点动是指按下按钮时，设备工作，手松开按钮时，设备立即停止工作。 （3）互锁控制 是指多组控制电路相互禁止，即一个动作禁止其他动作。 （4）多点控制 多点控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置。 （5）顺序控制 用于实现机械设备依次动作的控制要求。

Part1 自动启/停控制 依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象 ----自锁 为什么加自锁？ 为什么用点动开关？ 启动、停止优先级？

起停控制电路的保护分析 过载保护： 热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。 短路保护： 熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。 欠压、零压保护： 当电源电压严重下降或电路失电，接触器各触点复位断开电动机的电源，一旦电源恢复，不操作起动按钮，KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动，从而避免事故发生。即自锁电路具有欠压和失压保护。

Part2 长动与点动控制 a) 按钮操作：SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。 b) 转换开关控制：SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮；SA断开，无自锁电路，SB2为点动操作按钮。 c) 中间继电器KA控制：按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。

Part3 多点控制 SB1 SB5 SB6 SB7 SB4 SB3 SB2 KM 结论: 由N个电器都能控制甲接触器通电,则N个电器的常开触点应并联接到甲接触器的线圈电路上; 由N个电器都能控制甲接触器断电,则N个电器的常闭触点应串联接到甲接触器的线圈电路上; KM

Part4 互锁－正反转控制电路 控制要求： 正、反转； 如何实现？ 缺点?

Part4 互锁－正反转控制电路之一 主电路： KM1主触点接通正相序电源—M正转。 KM2主触点接通反相序电源—M反转。 控制电路： SB1控制正转，SB2控制反转，SB3用于停止控制。 KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。 正－停－反

Part4 互锁－正反转控制电路之二 按钮联锁功能 正－反－停 使用和常开触点联动的常闭触点的断开对方支路线圈电流，再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。

Part5 顺序控制 a）KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。 b）单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。 c）M1—>M2的顺序起动、M2－>M1的顺序停止控制。

结论 基本电路的结构特点： 1.自锁： 接触器常开触点与启动按钮常开触点相并联。 2.互锁： 两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。 3.点动： 无自锁环节。 4.多地： 启动按钮的常开触点并联、停止常闭触点串联。 5.顺序： 若启动顺序为:先甲后乙,则在乙线圈电路中串联甲的常开触点; 若停止顺序为:先乙后甲,则在甲停止按钮并联乙的常开触点;

降压启动控制电路 星形－三角形 制动控制电路 电磁机械制动 （6）三相异步电机控制电路 降压启动控制电路 星形－三角形 制动控制电路 电磁机械制动

异步电机星-三角形启动 三角形接法 KM2 为什么采用时间继电器？ Y接法

异步电机制动控制之一 电磁机械制动 1、电磁机械制动原理： 抱闸的电磁线圈YB通电时，电磁力克服弹簧的作用，闸瓦松开，电动机可以运转。

3、低压电器控制系统设计 （1）皮带运输机的电气控制线路设计 1# 2# 3# KT2启动 KT1启动 KT3停止 KT4停止

工艺要求 停止时顺序为：1#--2#--3#，并具有一定时间间隔，以保证停机后不残余货物； 不论2#或3#机出现故障，1#机必须停机，以免继续进料，造成货物堆积； 启动时顺序为：3#--2#--1#，并具有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后面皮带重载启动 必要的常规保护（如失压、过载、短路等）

主电路设计 电机：三相交流异步电机，因为皮带传输机属于长期工作，不需要调速、也不需要正/反转； 启动方式：直接启动。由于电网相对电机容量足够大，且三台电机又不同时启动，故不会对电网产生较大冲击； 停止方式：自由停机。皮带运输机不经常停机，且对停机时间、准确度无特殊要求； 常规保护；熔断器（短路）热继电器（过载）中间继电器（失压）；

FU QS FU KM FR1 PE M

KM1 SB1 SB2 SB3 SB6 SB4 SB5 KM2 KM3 1# 2# 3#

SB1 KA SB2 FR1 FR2 FR3 KM1 KM2 KM3 KA KT3 KT4 KT2 KT1

（2）送料小车控制系统设计 装料口 卸料口 SQ3 SQ4 工艺过程： 在限位开关SQ4处装料，装料时间为10秒；

根据工艺确定控制系统工作过程 装料 条件：启动信号及左到位信号 动作：启动时间继电器KT1 右行 条件：KT1＝10秒 动作：电机正转 卸料 条件：右到位信号 动作：启动时间继电器KT2 左行 条件：KT2＝15秒 动作：电机反转

根据控制系统工作过程选择器件 输入器件 按钮：SB0启动、SB2停止 执行器件 接触器：KM1/KM2(电机的正、反转） 检测器件 限位开关SQ3/SQ4、通电延时时间继电器KT1/KT2、中间继电器KA

SB2 SB0 KA1 SQ4 KT1 SQ3 KM1 KT2 KM2 装料 右行 左行 卸料

模拟试题 一、简答题 1． 中间继电器和接触器有何异同？在什么条件下可以用继电器来代替接触器起动电动机? 2． 电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？为什么？ 3． 既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？装有热继电器是否可以不装熔断器？为什么？ 4． 继电器接触器控制线路中一般应设哪些保护？各有什么作用？短路保护和过载保护有什么区别？零电压保护的目的是什么？

二、设计题 1、设计一个控制线路，要求第一台电动机起动10S后，第二台电动机自行起动，运行5S后，第一台电动机停止并同时使第三台电动机自行起动，再运行15S后，电动机全部停止。 2、某机床主轴和润滑油泵各由一台电动机带动，要求主轴必须在油泵开动后才能起动。主轴能正反转并能单独停车，有短路、零压及过载保护等。试绘出电气控制原理图。

3、自动定时搅拌机如下图所示。按下启动按钮时，控制出料阀门A关闭，进料阀门B打开，开始进料。当罐内的液面上升到一定的高度时，液面传感器的SL1的常开触点接通，关闭进料阀门B，同时启动搅拌电机M，开始搅拌。在搅拌3分钟后，停止搅拌，打开出料阀门A。当罐内液面下降到一定位置，液面传感器SL2常开触点断开，关闭出料阀门B，又重新打开进料阀门A，又一次进料，重复上述过程，完成自动定时搅拌。请用低压电器构成此控制系统。

第六章 可编程序控制器 复习内容 1 可编程控制器PLC概述 2 PLC的组成 3 基本工作原理 4 编程语言及程序编程设计 3 基本工作原理 4 编程语言及程序编程设计 5 顺序步进指令及编程 具体要求 1、掌握PLC的构成以及各部分的作用； 2、掌握PLC循环扫描三个阶段完成什么任务； 3、掌握PLC各基本逻辑指令的功能和梯形图编程规则，并能将梯形图、语句表、波形之间的相互关系及转换 4、能根据工艺要求，编写相应的用户程序。

重要内容回顾 1、PLC的基本组成(见教材P169~173) 主要由中央处理单元、输入模块、输出模块、通信接口、电源、功能模块等部分组成.

（2）存储器 存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据． （3）输入／输出部件 （1）中央处理单元CPU CPU是PLC系统的核心．它通过输入装置读入外设的状态，由用户程序处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设. （2）存储器 存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据． （3）输入／输出部件 通过I／O接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的依据．同时PLC又通过I／O接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制． （4）电源部件 供内部电路使用,或有些机型还向外提供24VDC的稳压电源，用于对外部传感器供电

（5）功能模块 功能接口模块是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器，以及外界过程与控制器系统总线相连的接口． 它和控制器的CPU模块通过系统总线相连接，进行数据交换，并在CPU模块的协调管理下独立地进行工作．

2、PLC扫描工作方式

（1）输入采样阶段 调理电路：它包括电平转换、光电隔离、滤波电路； 输入映像区：在PLC的存储器中专门存放输入数据的区域； 输入刷新：当CPU采样时，输入信号由缓冲区进入输入映像区； 注：只有在采样时，输入映像区的数据才与输入信号一致，其他时间范围内输入信号变化是不会影响输入映像区的数据的！

(2) 执行用户程序操作 顺序执行程序中的各条指令，根据输入状态和指令 内容进行数据处理 （3）输出刷新阶段 输出状态刷新： CPU不能直接驱动负载，当前处理的结果放在输出映像区内，在程序执行结束后（或下次扫描用户程序之前），才将输出映像区的数据通过锁存器输出到输出端子上

3、基本逻辑指令（见教材P180~191) 输入继电器(X) 每一个输入电路单元相当于一个输入继电器。输入电路D1、T1导通相当于继电器线圈接通。内部电路通断相当于继电器常开、常闭触点的通断。 输入继电器作用：接收来自外部的开关信号。 输入继电器由外部信号来驱动，而不能由程序的指令来驱动。输入继电器采用八进制编号。

输出继电器(Y) 输出继电器作用：将PLC的信号传送到外部负载的器件。 输出继电器按程序执行结果而被驱动，它有一个外部输出的常开触点，有许多常开、常闭触点可以在编程中运用。 输出继电器也采用八进制编号。

辅助继电器(M) 辅助继电器作用：同继电器控制系统的中间继电器类似。 辅助继电器带有若干常开触点和常闭触点，供编程使用，辅助继电器的触点不可直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能驱动外部负载。 辅助继电器分为:通用辅助继电器和保持辅助继电器

移位寄存器 移位寄存器由辅助继电器组成，8个或16个组成一组。当辅助继电器已用作移位寄存器时，这一辅助继电器不可另作它用。 移位寄存器的每一位都可带有相应的接点去控制其他逻辑行； OUT决定移位寄存器首位的状态，SFT为1，右移1位，RST为1移位寄存器各位均清零。

当定时器输入断开，定时器复位（普通定时器）； 定时器是通电延时型定时器. 定时器T T450 K200 在PLC内定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲分为1ms、10ms、100ms，定时器一旦接通，即开始作加法运算，当等于设定值，定时器才有输出; 定时器分为普通定时器、累积型定时器 当定时器输入断开，定时器复位（普通定时器）； 定时器是通电延时型定时器.

计数器 计数器分为16位加计数器、32位双向计数器、高速计数器 计数输入从断到通，计数值加1；当设定值＝K，输出触点动作 ； RST C46 OUT 复位输入 计数输入 计数器 K 计数器分为16位加计数器、32位双向计数器、高速计数器 计数输入从断到通，计数值加1；当设定值＝K，输出触点动作 ； 每个计数器都具有掉电保护； 当计数器的复位端接通时，计数器将终止计数，设定值并立即返回初始值。

语句表－－基本逻辑指令 FX系列PLC共有27条基本逻辑指令。 1、LD(常开触点）LDI (常闭触点）、Y、M、T、C逻辑开始：在梯形图中表示一个逻辑行的开始； 2、OUT Y、M、T、C 线圈驱动指令：不能驱动X，OUT用于T、C时必须紧跟K；

3、AND ANI串联连接指令： 4、OR ORI 并联连接指令

LD X400 AND X401 AND X402 LD X403 AND X404 ORB 5、ORB 串联电路块并联连接指令： X400 X401 X402 X403 X404 Y430 6、ANB并联电路块串联连接指令 LD X400 OR X402 LDX401 OR X403 OR X404 ANB X400 X401 X402 X403 X404 Y430

7、PLS、 PLF ：上升沿、下降沿微分输出指令 下降沿微分输出指令：其作用是将较宽的脉冲输入信号变成脉宽为一个扫描周期的脉冲信号 。指令可以用于Y、M。

8、 检测上升沿和下降沿的触点指令 LDP、ANDP(与）和ORP（或）：检测上升沿的触点指令，触点的中间有一个向上的箭头，对应的触点仅在指定元件波形的上升沿（OFF变为ON）时接通一个扫描周期。 LDF、ANDF (与）和ORF （或）：检测下降沿的触点指令，触点的中间有一个向下的箭头，对应的触点仅在指定元件波形的下降沿（ON变为OFF）时接通一个扫描周期。 上升沿指令和下降沿指令可以用于X、Y、M、T、C和S。

9、SET：置位指令，使操作保持ON的指令。 SET指令用于Y、M、和S； RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。 ，RST指令的可以用于复位Y、M、S、T、C，将对定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器的内容清零。 这两条指令具有记忆功能； X000 X001 Y000

10、MC、 MCRM主控指令、主控复位指令：两条指令必须同时使用，MC用于分支处，形成新母线；分支电路执行结束后，用MCR指令返回原母线。 MC和MCR指令中包含嵌套的层数N0 ~ N7 ，N0为最高层，最低层为 N7 MC N0 M100 MCR Y001 X000 X001 X002 X003 Y000 Y002 X002 x000 x003 x001 y001 y000 y002 LD X002 MC N0 M100 LD X000 OUT Y001 LD X003 OUT Y000 MCR N0 LD X001 OUT Y002

11、栈存储器与多重输出指令 在PLC中有11个存储器，它们用于存储运算的中间结果，称为栈寄存器。MPS（Push）、MRD（Read）和MPP（Pop）指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。堆栈采用“先进后出”的数据存取方式。 MPS指令用于存储电路中有分支处的逻辑运算结果，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结果。使用一次MPS指令，逻辑运算结果压入堆栈的第一层，堆栈中原来的数据依次向下一层推移。 MRD指令读取存储在堆栈最上层的电路分支点处的运算结果，读数后堆栈内的数据不会上下移动。 MPP指令时，堆栈中各层的数据向上移动一层，最上层的数据在读出后从栈内消失。

4、编程规则 梯形图中的继电器触点可在编制用户程序时多次引用，既可常开又可常闭． 梯形图中输入触点和输出线圈不是物理触点和线圈， 输出线圈中对应输出映像区的相应位，不能用该编程元素直接驱动现场执行机构． 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右母线，所有的触点不能放在线圈的右边；

输出线圈不能直接与左母线相连，如需要，可以通过一个没有使用元件的常闭（动断）接点或者用特殊辅助继电器来连接。 在每一逻辑行上串联触点多的电路应放在上方

在每一逻辑行上并联触点多的电路应放在左边

如果在同一程序中，同一输出元件的线圈使用二次或二次以上，称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应该尽量避免。但不同编号的输出元件可以并行输出。

5、基本指令的应用 优先电路： 有二个输入按钮来控制二路输出。先按钮者有优先权，后者无效。 当X001先接通，M100（自锁） 使Y001有输出，同时M100的常闭触点断开，即使X002接通，Y002没有输出。 同样，X002先接通，M101动作，Y002有输出。M101的常闭触点断开，Y001没有输出。 优先电路可用在电机正反转控制。 X001 X000 X002 M100 M101 Y001 Y002

延时电路

振荡电路

2分频电路

6、FX系列PLC 的顺序步进指令 1、状态器S0~S499（见教材表6－4）； 2、步进指令STL

状态器S 状态器用于顺序控制类型的控制程序中的编程器件其在梯形图中的表示符为： 状态器的特点： STL接点应与左母线相连，STL接点接通后，其后电路块才接通，而STL接点断开，其后电路块不再被执行； 与STL接点相连的起始触点用LD/LDI指令开头； STL

如通过Sa的STL接点将状态器Sb置位，则状态器Sa立即自动复位，即在STL指令中S状态转移后，上一状态具有自动复位功能； 只有用S/R指令，才能对STL接点后的状态器置位或复位； 使用STL指令时允许双线圈输出； 同一状态器的STL接点只能使用一次； STL状态器可作为一般辅助继电器使用，此时STL不能使用； STL接点后不能用MC/MCR指令，但可用CJP/EJP指令； 在一系列的STL指令的最后，必须用RET指令返回。

编程方式-状态转移图(顺序功能图） 状态转移图： 状态转移图是用状态来描述工艺流程的图。通常，将一个动作要求作为一个状态，用一个相应的状态器来表示。一个完整的状态有三大要素组成。（驱动处理、转移条件、转移目标） S0 驱动处理 Y001 转换条件 转换目标 S2 S3 X001 S0 S2 Y001 X001 X002 Y002 S S2 S S3 X002

编程举例－旋转工作台（见教材P216） M8002 S0 X000 S20 X004 T0暂停 S21 T0（5S) Y001反转 S22 启动 凸轮 电机

S0 S20 S21 S22 M8002 X000 X004 T0（5S) X003 Y000正转 T0暂停 Y001反转

7、系统设计 设计一个异步电机降压启动控制系统

停止 过载 启动

物料自动混合控制 （1） 电磁阀F1打开，注入物料A； 按下启动按钮SB1，开始下列操作。 （1） 电磁阀F1打开，注入物料A； （2）高度到达L2，（此时L2、L3均为ON）时，关闭阀F1，同时开启电磁阀F2，注入物料B； （3）当液体上升到L1时，关闭阀F2。停止物料B注入后，启动搅拌电动机M，使A、B两种物料混合15s。 （4）15s后停止搅拌，开启电磁阀F4，放出混合物料， （5）当液面高度降到L3后，再经10s关闭电磁阀F4。 加热器 H 温度传感器 D4 F4 D2 L2 D3 L3 T 物料B 物料A F1 物料C F2 F3 D1 L1 液位传感器 M 搅拌电动机 图1－21 物料自动混合装置

物料自动混合 PLC I/O配置及接线图

物料自动混合控制的梯形图 出料阀

注：停止操作： 按下停止按钮SB2，在当前过程完成以后，才停止操作，回到初始状态。 物料自动混合控制的梯形图(续） 进料阀1、2以及电机 与出料阀互锁 液位下限 注：停止操作： 按下停止按钮SB2，在当前过程完成以后，才停止操作，回到初始状态。

模拟试题 一、简答题 构成PLC的主要部件有哪几个？各部分主要作用是什么？ 描述PLC的工作方式。输入映像寄存器、输出映像寄存器、输出寄存器在PLC中各起什么作用？ 二、指令编程 见教材P221习题6－6

三、设计题 1、用两个计数器设计一个定时电路。在X402接通81000S后，将Y436接通。画出梯形图。 2、试用PLC按行程原则实现对机械手的夹紧――正转――放松――反转控制。画出梯形图。 3、电动葫芦起升机构的动负荷试验，控制要求如下 （1）可手动上升、下降。 （2）自动运行时，上升6S――停9S――下降6S――停9S，反复运行1h，然后发出声光信号，并停止运行。 试用PLC实现控制要求，并编出梯形图程序。

第七章单片微型计算机原理 复习内容 5.1 MCS-51单片机的存储器 5.2 单片机指令系统 5.3 定时/计数器 5.4 中断系统 5.2 单片机指令系统 5.3 定时/计数器 5.4 中断系统 5.5 存储器扩展 具体要求 1、掌握MCS-51单片机的存储器结构 2、掌握MCS-51单片机的指令分类、寻址方式（相应寻址空间）、传输数据指令（MOV MOVX MOVC),并能进行程序分析。 3、掌握MCS-51单片机的定时/计数器、中断系统的工作原理与控制字 4、掌握存储器扩展方法。

重要内容的回顾 1、存储器结构(见教材P229～232） 微处理器、存储器加上I/O接口电路组成微型计算机。各部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）相连。

存储器在结构上分为两种：哈佛结构、普林斯顿结构MCS－51单片机采用哈佛结构。 在物理结构上有4个存储空间： 片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。 在逻辑结构上有3个存储空间： 片内片外统一编址64K的程序存储器、256字节片内数据存储器、64K片外数据存储器。 在访问三个不同的逻辑存储空间时，采用不同指令和控制信号。

特殊功能 寄存器 数据 缓冲区 位寻址区 工作 寄存器区 00H 1F 20H 80H FFH 片内数据存器 0000H FFFFH 片外 存储 器 片外 程序 存储 器 1000H FFFFH 片内 0000H EA=1 EA=0

程序存储器 作用：用于存放程序和常数表格 一般采用只读式存储器ROM、EPROM、EEPROM； 特点: 寻址范围64K，与之对应的编址为0000H~FFFFH； 片内片外统一编址，先片内再片外，片内片外连续二者不重合； 有6个特殊单元：(*见教材P230表7－3） 0000H： 程序入口地址 0003H： 外部中断INT0入口地址 000BH： 定时器T0/C0溢出中断入口地址 0013H： 外部中断INT1入口地址： 001BH： 定时器T1/C1溢出中断入口地址： 0023H： 串行口中断入口地址；

注意事项 系统若扩展片外存储器时，P0、P2口与16位地址线连接； 对于片内有存储器的单片机，EA＝1； 外部程序存储器读选通信号PSEN只用于外部ROM取指，对片内程序存储器无效； 6个特殊单元一般存放一条无条件跳转语句； 访问外部ROM时，用MOVC指令。

数据存储器 作用：用于存放运算中间结果、数据暂存和缓存、标志位等。 一般采用读写存储器:静态和动态RAM； 特点： 片内、片外分别编址，片内RAM的地址00和～FFH,片外RAM的地址为：0000H~FFFFH; 外部RAM用数据指针DPTR寻址，由管脚RD/WR控制RAM的读出/写入。 内RAM00H～7FH的低128字节空间又可分成三个物理空间：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。

2、 MCS-51单片机指令系统 （1）基本特点： MCS－51的基本指令共有111条. 按功能分： 数据传送类（29条） 算术运算类（24条） 逻辑运算及移位类（24） 控制转移类（17条） 位操作类（17条）

（2）寻址方式 所谓寻址方式是指指令代码中操作数地址的各种规定。MCS－51单片机共有5种寻址方式： 立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址。 立即寻址：指令中给出操作数如： MOV A，#30H MOV DPTR，#3000H 直接寻址：指令中给出操作数的地址如： MOV A，30H MOV A，P1

寄存器寻址：对寄存器中的数据进行操作如： MOV A， R1 寄存器间接寻址：寄存器中给出操作数的地址如： MOV A， @R1 MOVX A， @R1 变址寻址（基址寄存器+变址寄存器间接寻址）： 以DPTR或PC为基址寄存器，A为变址寄存器，两者内容相加形成16位操作数的地址如： MOVC A， @A+DPTR MOVC A, @A+PC

（3）寻址方式 与寻址空间 寻址方式 利用的寄存器 寻址空间 立即寻址 程序存储器 直接寻址 片内RAM低128字节、SFR、位地址空间 寄存器寻址 R0~R7、A、B、CY、DPTR、 寄存器间接寻址 @R0、@R1、DPTR 片内RAM、片外RAM 变址寻址 @A+PC、@A+DPTR 位寻址 片内RAM20H~2FH字节地址和部分SFR

3、定时器/计数器（见教材P232~234) （1）作用：定时、计数、波特率发生器； （2）主要特性： 具有两个可编程的定时/计数器T0/C0 T1/C1; 每个定时器/计数器都有4种工作方式； 任一定时器/计数器在定时/计数到后可由程序安排产生中断。 （3）结构： 加法计数器TL（低8位）、TH（高8位）寄存器； TMOD方式寄存器 TCON控制寄存器

Fosc *12 C/T=0 P3.4 INT0(P3.2) 或 与 TR0 TL0 TH0 TF0 GATE

加法计数器TL、TH(*见表7－7、～表7－9） 作为定时器时，加法器对内部机器周期脉冲计数；作为计数器时，加法器对芯片引脚P3.4/P3.5输入的外部脉冲计数（下降沿）；加法器的初始值可由程序设定，设置不同值，则定时/计数范围不同，并且加法器的内容可通过程序读到CPU中。 方式寄存器TMOD(89H) 作用：用来选择定时器/计数器的工作方式； 格式: 0方式：13位定时/计数 1方式：16位定时计数 2方式：8位自动转载 计数定时 3方式：T0分为两个 8位的定时计数 GATE C0/T0 M1 M0 门控位 功能选择 工作方式选择

控制寄存器(88H) TR0 TF0 TR1 TF1 作用：控制T0/C0、T1/C1的运行； 格式：(高4位，低4位用于中断） 中断标志位可由硬件自动清零，也可由程序清零

（4）T/C工作方式 0工作方式： （1）由TL的低5位与TH8位构成13位T/C； 可用程序将0～8191的某一数据送入TL、TH作为初始值，加法器溢出后，必须重新对TL/TH赋初始值。 （2）作为计数器时，外部计数脉冲的频率小于1/24fosc并且高、低电平的宽度大于一个机器周期（CPU在每一个机器周期的S5P2期间采样P3.4或P3.5）； （3）定时时间由T=(8192-X)Tcy决定，计数值由C =(8192-X)决定；

定时/计数器的应用举例 P1.7 P1.0 T1 +5V 1S 亮

定时器工作方式的选择 当fosc为6MHz时，Tcy＝2us则各工作方式的最大的定时时间为： 8位2的8次方×2＝512us； 13位 T=16.384ms 16位 T=131.074ms 采用复合方式。即T0设成定时时间为100毫秒，当定时时间到后将P1.0取反，再加到T1作为计数脉冲。一个脉冲周期为100ms+100ms故计数5个脉冲即为1秒，此时将P1.7取反一次。 1 TMOD 计数 定时 方式1

T0、T1的初始值按补码计算； 对于T0的初始值X1的公式 (2的16次方－X1)*2us=100ms 定时/计数初始值的计算与装入 T0、T1的初始值按补码计算； 对于T0的初始值X1的公式 (2的16次方－X1)*2us=100ms X1=15536=3CB0H TL=B0 TH=3C 对于C1的初始值X2的公式 （2的8次方－X2)=5 X2=251=FBH TL1=TH1=FB

4、 中断系统(见教材P238~251) （1） 什么叫中断？ CPU暂时中止其正在执行的程序，转去执行请求中断的那个外设或事件的服务程序，等处理完毕后再返回执行原来中止的程序, 叫做中断。 （2） 为什么要设置中断？ ⑴ 提高CPU工作效率 ⑵ 具有实时处理功能 ⑶ 具有故障处理功能 ⑷ 实现分时操作

（3）特点： 5个中断源它们分别是：INT0、INT1、C0/T0、C1/T1、串行口中断； 具有优先级管理功能即可分为2个优先级，其中每个中断源的优先级可由程序指定； 每个中断源都有各自的中断标志位。

(4)中断结构

中断源和中断控制寄存器 Part1 中断源 中断源是指能发出中断请求，引起中断的装置或事件。 80C51单片机的中断源共有5个，其中2个为外部中断源，3个为内部中断源： ⑴INT0: 外部中断0，中断请求信号由P3.2输入。 ⑵INT1: 外部中断1，中断请求信号由P3.3输入。 ⑶ T0: 定时/计数器0溢出中断，对外部脉冲计数由 P3.4输入。 ⑷ T1: 定时/计数器1溢出中断，对外部脉冲计数由 P3.5输入。 ⑸ 串行中断: 包括串行接收中断RI和串行发送中断TI。

外部中断（P3.2/P3.3) （1）激活方式： 电平触发（低电平有效）、边沿触发(下降沿有效）；激活方式由特殊寄存器TCON的低4位决定： 标志 IT0=0电平触发 IT0=1边沿触发 IE1 IT1 IE0 IT0

（2）两种触发方式的区别 边沿触发方式的最大的优点是中断请求信号不会丢失（中断请求信号的宽度大于一个机器周期），CPU将中断标志位置1，至到CPU响应中断后，硬件自动将标志位清零。 电平触发方式没有中断标志位，并且响应中断后，不能自动清除中断请求信号。 中断程序 ANL P1, #0FEH ORL P1, #01H P1.0输出负脉冲使D触发器的Q端为1撤消引起重复中断的INT0低电平信号 INT0 P1.0 Q S CLR D 外接中断 请求信号 正脉冲

定时器/计数器中断 当C/T溢出时，由硬件自动置位TF0/TF1，CPU响应中断后，由硬件自动清除中断标志。 另可由程序对TF0/TF1置位或清除。 串行口接收/发送中断 完成一帧信号的接收/发送时，由硬件自动置中断标志位（串行口控制寄存器SCON的RI/TI,地址98H，具有位寻址功能)，CPU响应中断后，必须由软件清除。 TI RI SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8

Part2 中断控制 中断控制主要解决三类问题： 中断屏蔽控制，即什么时候容许或禁止CPU响应中断； 中断的优先级，即多个中断请求同时发生时，先响应哪个中断请求； 中断的嵌套，即CPU正在响应一个中断时，是否容许响应另一个中断请求。

中断控制寄存器 5个中断源的中断请求是否响应由特殊寄存器IE决定，其格式为： 中断允许控制IE(A8H具有位寻址功能) EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 总允许中断 串行口 定时计数 外部0 1中断允许、0中断禁止 中断优先级控制寄存器IP(B8H具有位寻址功能) PS PT1 PX1 PT0 PX0 1高优先级、0低优先级

(5)基本规则 同一级别的各种中断源同时请求中断时，CPU响应中断的顺序为： INT0 、T0、INT1、T1、串行口； 低优先级中断可被高优先级中断所中断； 一种中断一旦被响应，与它同级的中断不能再响应； 几个中断同时发生，CPU响应优先级最高的中断。

中断处理过程一般分为3阶段：中断响应、中断处理、中断返回。其流程图如下： (6)中断响应过程 中断处理过程一般分为3阶段：中断响应、中断处理、中断返回。其流程图如下： 中断响应条件： EA=1并且中断源的中断允许 中断申请 响应条件 是否满足 中断是否 受阻 断点地址压栈 中断地址入PC EA=1 IE、=1 EA=0 Y N 中断受阻的情况 同级或高级的中断已在进行中；（保证正常的中断嵌套） 当前的机器周期不是正在执行的指 令的最后一个周期；（保证每条指令执行的完整性） 正在执行的指令是返回指令或是对专用寄存器IE、IP进行读写的指令，只有在执行这些指令之后，至少在执行一条其它指令后，才会响应。（保证中断响应合理性）

关中断 保护现场 开中断 中断服务 中断请求撤回 中断返回 恢复现场 中断地址弹出PC 断点地址入PC

(7)中断嵌套 当CPU正在执行某个中断服务程序时，如果发生更高一级的中断源请求中断，CPU可以“中断”正在执行的低优先级中断,转而响应更高一级的中断，这就是中断嵌套。 中断嵌套只能高优先级“中断”低优先级，低优先级不能“中断”高优先级，同一优先级也不能相互“中断” MCS-51单片机硬件上不支持多于两级的中断嵌套。

中断应用 例1、多中断源： 利用C/T实现外部中断： 计数输入端P3.4/P3.5作为边沿触发的外部中断的输入, 利用逻辑电路实现外部中断： ORG 0003H AJMP INT0 INT0： PUSH PSW PUSH A JB P1.2, DV1; JB P1.1, DV2 JB P1.0, DV3 INT0 P1.0 P1.1 P1.2

5、存储器扩展 典型单片EPROM扩展电路 注：12根地址线0~A11 8根数据线D0~D7 3根电源线： VCC/VSS/VPP (编程电压） OE输出容许端 低电平有效； CE片选信号端低 , 电平有效； 编址范围： 0000H~0FFFH;

8031单片机与数据存储器6116的连接电路

用存储器、D/A转换器，设计一个以8位单片机为核心的波形发生器系统，其中程序存储器EPROM为4K，选用2732芯片，数据存储器RAM为8K，选用6264芯片。 （1）试画出单片机与这些芯片的连接图（要求画出主要引脚的连接逻辑图）； （2）写出2732芯片、6264芯片的始末地址。

模拟题 1、每小题列出的四个选项中有一至四个选项是符合题目要求的，请正确选项 （1）8031单片机的存储器包括： A、片内程序存储器 B、片内数据存储器 C、片外程序存储器 D、片外数据存储器 （2）对于8051单片机直接寻址方式，可访问以下那种存储空间： A、特殊功能寄存器 B、内部数据存储器的低128B C、外部数据存储器 D、位地址空间 2、8051单片机的定时/计数器用作定时工作方式时，它的定时时间与哪些因数有关？T0 的最大定时时间是多少（晶振频率为6MHz）？用作计数工作方式时，对外界的计数频率又有何限制？

3、MCS-51单片机的中断处理程序能否存储在64K的程序存储器的任意区域？若不可以，说明其理由，若可以，如何实现？举例说明利用定时/计数器作外部中断源的具体方法。 4、简述8051单片机的存储器结构和容量；在MCS－51扩展系统中，程序存储器EPROM和数据存储器RAM共用16位地址线和8位数据线，为什么两个储存空间不会发生冲突？试比较MOVX A， ℃R1； MOVC A， ℃A＋DPTR； MOV A，℃R1这三绦指令的区别。 5、若晶振为12MHz，用T0产生1S的定时，可选用哪几种方式？写出定时器的方式字。