在2003—2004年度第二學(xué)期，筆者同時(shí)帶了《電子技術(shù)》和《可編程控制器》（簡(jiǎn)稱“PLC”）兩門課程。利用這個(gè)機(jī)會(huì)，便嘗試著用PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)來做數(shù)字電路演示實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)這對(duì)于開闊學(xué)生視野、增強(qiáng)學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力以及實(shí)際動(dòng)手能力都有積極意義。所以現(xiàn)把部分內(nèi)容整理出來，以供同行教師們參考，更希望引起更多有興趣者的關(guān)注，為學(xué)生營造一個(gè)更好的教學(xué)環(huán)境。 演示實(shí)驗(yàn)一：六種“邏輯門”邏輯功能的演示實(shí)驗(yàn) 一、演示試驗(yàn)的準(zhǔn)備 第一步 確定邏輯變量，寫出邏輯表達(dá)式：把PLC輸入繼電器（X）的觸點(diǎn)看作輸入變量，輸出繼電器（Y）的線圈看作輸出變量，按照邏輯門的邏輯關(guān)系分別寫出各邏輯門的邏輯表達(dá)式。 第二步 根據(jù)邏輯表達(dá)式設(shè)計(jì)出PLC梯形圖（如圖1所示），并寫出程序語句。 方法是：輸入變量為“原變量”時(shí)，用“常開觸點(diǎn)”表示；輸入變量為“反變量”時(shí)，用“常閉觸點(diǎn)”表示?！芭c邏輯”用“觸點(diǎn)的串聯(lián)”表示；“或邏輯”用“觸點(diǎn)的并聯(lián)”表示 第三步：用電腦或手持編程器將以上所編程序送入PLC用戶存儲(chǔ)器中。 第四步：進(jìn)行I/O分配，并接線調(diào)試。 為了接線簡(jiǎn)單起見，我們讓六個(gè)“門”的輸入接線相同，均為：開關(guān)K0 ─→X0 ，開關(guān)K1 ─→X1 （“─→” 表示在兩個(gè)端鈕間連線）；而輸出接線分別為：COM1─→24V直流電源正極，COM2─→24V直流電源正極。 “與門”輸出接線： Y0 ─→L0 （L0---L5為發(fā)光二極管指示燈） “與非門”輸出接線：Y1 ─→L1 “或門”輸出接線： Y2 ─→L2 “或非門”輸出接線：Y3 ─→L3 “異或門”輸出接線：Y4 ─→L4 “同或門”輸出接線：Y5 ─→L5 接線調(diào)試完畢，實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作即告結(jié)束。 二、演示實(shí)驗(yàn)的做法 比如在做“與門”邏輯關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，可按“與門”邏輯關(guān)系接線：K0 ─→X0 K1 ─→X1 Y0 ─→L0，并設(shè)開關(guān)閉合為1，開關(guān)斷開為0；指示燈亮為1，指示燈滅為0。讓學(xué)生觀察開關(guān)K0、K1通斷組合與指示燈L0亮滅的邏輯關(guān)系，并列出真值表，從而分析出是什么邏輯關(guān)系。同理，在做“與非門”邏輯關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，則按“與非門”邏輯關(guān)系接線：K0 ─→X0 K1 ─→X1 Y1─→ L1，讓學(xué)生觀察開關(guān)K0、K1通斷組合與指示燈L1亮滅的邏輯關(guān)系，列真值表，分析其邏輯關(guān)系。以此類推…… 按相應(yīng)的“門”的邏輯關(guān)系接線，用“開關(guān)”作為輸入邏輯變量（原因），用“指示燈”顯示輸出邏輯變量（結(jié)果），通過列真值表來分析其邏輯功能?？傊?，可以讓學(xué)生通過觀察演示實(shí)驗(yàn)來填寫如下真值表（如表一所示）。 表一：六種“邏輯門”邏輯關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)真值表 填完表后，再逐個(gè)逐個(gè)地分析輸出與輸入的邏輯功能，以及Y1與Y0、Y3與Y2、Y5與Y4之間的邏輯關(guān)系。 三、小結(jié) 1、用PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)做數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)新的嘗試，并且這樣的嘗試是可行的。因?yàn)椤斑壿嬁刂乒δ堋笔荘LC最基本控制功能，所以，我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的，不僅僅為了實(shí)驗(yàn)的本身，更重要的是想證明一個(gè)事實(shí)：在數(shù)字電路中用各種邏輯門組成的“組合邏輯電路”，是完全可以用PLC的“程序”來實(shí)現(xiàn)的。 2、 這里演示的“邏輯門”就是用PLC的“程序”來實(shí)現(xiàn)的，不同的“程序”對(duì)應(yīng)不同的邏輯功能，改變“程序”就能改變其邏輯功能。所以，“程序”是PLC的靈魂。 3、 用PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)做數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是可取的。因?yàn)镻LC實(shí)驗(yàn)臺(tái)“通用性”、“靈活性”、“可靠性”都比較好。不僅可以用它來做兩輸入“與門”、“或門”等實(shí)驗(yàn)，還可以用它來做三輸入“與門”、“或門”等實(shí)驗(yàn)，或做其它實(shí)驗(yàn)，只要改變程序就行，非常靈活、方便、快捷。 4、 借助“演示實(shí)驗(yàn)”的手段，讓學(xué)生從“實(shí)踐”中獲得知識(shí)，比單純講解“書本知識(shí)”生動(dòng)、有趣?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生反復(fù)、仔細(xì)地觀察“實(shí)驗(yàn)”，從分析“事件”的因果關(guān)系入手，依次確定邏輯變量，給邏輯變量賦值，列真值表，確定邏輯功能，寫邏輯表達(dá)式，畫邏輯符號(hào)或邏輯結(jié)構(gòu)圖，最后讓學(xué)生記住各種“邏輯功能的口訣”和幾種“邏輯功能的表示方法”。 演示實(shí)驗(yàn)二：“三人表決器”邏輯功能的演示實(shí)驗(yàn) “三人表決器”的邏輯功能是：表決結(jié)果與多數(shù)人意見相同。 設(shè)X0、X1、X2為三個(gè)人（輸入邏輯變量），贊成為1，不贊成為0； Y0為表決結(jié)果（輸出邏輯變量），多數(shù)贊成Y0為1，否則，Y0為0。其真值表如表二所示。 表二：“三人表決器”真值表 由真值表寫出邏輯表達(dá)式并化簡(jiǎn)得：Y0=X0*X1+X0*X2+X1*X2 （2.1） 要實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯功能，如果用“集成邏輯門”，則可選用三個(gè)兩輸入“與門”和一個(gè)三輸入“或門”來實(shí)現(xiàn)。但是，這里我們不是用“集成邏輯門”，而是用PLC“程序”來實(shí)現(xiàn)。 程序語句如下：0 LD X0 1 AND X1 2 LD X0 3 AND X2 4 ORB 5 LD X1 6 AND X2 7 ORB 8 OUT Y0 9 END 將這個(gè)程序語句寫入到PLC中，再進(jìn)行接線：用三個(gè)開關(guān)分別控制X0、X1、X2，用一盞指示燈來顯示表決結(jié)果，并將COM1連接到24V直流電源的正極。接線完畢就可以進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的操作了。如果贊成，則合上開關(guān)；如果不贊成，則斷開開關(guān)。指示燈的亮滅，顯示的是表決的結(jié)果。燈亮表示多數(shù)贊成，燈不亮，則表示多數(shù)不贊成。表決結(jié)果與多數(shù)人意見相同。 下面探討一下由“邏輯表達(dá)式”來編寫PLC程序的規(guī)律。一般書上用A、B、C表示輸入邏輯變量，用Y表示輸出邏輯變量。在這里為了編程的方便，我們有意把PLC的輸入繼電器（X）的觸點(diǎn)作為輸入邏輯變量，把輸出繼電器的線圈作為輸出邏輯變量。例如，在表達(dá)式（2.1）中，X0、X1、X2為三個(gè)輸入邏輯變量，代表三個(gè)人，Y0為輸出邏輯變量，代表表決結(jié)果。同時(shí)在PLC中，X0、X1、X2又是三個(gè)輸入繼電器，都是輸入繼電器的常開觸點(diǎn)； Y0是一個(gè)輸出繼電器，是輸出繼電器的一個(gè)線圈。 式（2.1）是一個(gè)“與或式”，在第一項(xiàng)X0*X1中，“X0”在項(xiàng)首，用[LD]指令,即LD X0，“*”是“與”邏輯，用[AND]指令，即AND X1。第二項(xiàng)、第三項(xiàng)也是這個(gè)規(guī)律，三項(xiàng)相加， “+”是“或”邏輯，用[ORB]指令，[ORB]指令是“塊或”指令。因?yàn)槊恳粋€(gè)“與項(xiàng)”都是兩個(gè)觸點(diǎn)相串聯(lián)的“串聯(lián)電路塊”，而“相加”就是作并聯(lián)連接，即“串聯(lián)電路塊”作并聯(lián)連接，所以要用“塊或”指令。Y0是輸出，用線圈輸出指令[OUT],即OUT Y0。程序結(jié)束用[END]指令。認(rèn)真總結(jié)由“邏輯表達(dá)式”來編寫PLC程序的規(guī)律，這對(duì)于快速編程很有好處。但是，一般的初學(xué)者，往往都是由“邏輯表達(dá)式”到“梯形圖”，再到“程序語句”。為了幫助初學(xué)者，我們將這個(gè)程序的梯形圖一并給出，如圖2所示。 （圖2 “三人表決器” 梯形圖） 演示實(shí)驗(yàn)三：“四路智力搶答器” 邏輯功能的演示實(shí)驗(yàn) 設(shè)智力測(cè)驗(yàn)時(shí)分四個(gè)組，每一組前面放一個(gè)按鈕，當(dāng)某一組先按下按鈕時(shí)，其對(duì)應(yīng)的指示燈亮，電鈴響，此時(shí)其它按鈕均失效。這樣，先按下按鈕的那一組，就搶到了“答題權(quán)”。這就是“四路智力搶答器”的“搶答”功能。 設(shè)計(jì)“四路智力搶答器”的關(guān)鍵是：四路信號(hào)優(yōu)先擇一，拒絕其余。 如果用邏輯門來實(shí)現(xiàn)的話，可以用五個(gè)四輸入與非門和一級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)。但在這里僅介紹用PLC“程序”來實(shí)現(xiàn)“四路智力搶答器”邏輯功能的方法： 1、將如下程序語句寫入PLC中：“0 LD X0 1 ANI Y1 2 ANI Y2 3 ANI Y3 4 OUT Y0 5 LD X1 6 ANI Y0 7 ANI Y2 8 ANI Y3 9 OUT Y1 10 LD X2 11 ANI Y0 12 ANI Y1 13 ANI Y3 14 OUT Y2 15 LD X3 16 ANI Y0 17 ANI Y1 18 ANI Y2 19 OUT Y3 20 END” 2、按照I/O分配接線圖接線。I/O分配接線圖如圖3所示，圖中P0—P3為四個(gè)按鈕，X0—X3為輸入繼電器接口，Y0—Y3為輸出繼電器接口，COM為輸入繼電器的公共端，在內(nèi)部已接電源負(fù)極，COM1為輸出繼電器分區(qū)的公共端，應(yīng)接24V直流電源的正極。千萬注意不能將COM和COM1連接在一起，否則，將造成電源短路，燒壞保險(xiǎn)絲。因本實(shí)驗(yàn)臺(tái)本身沒有提供電鈴，所以電鈴在圖中未畫出，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可用相應(yīng)的輸出接繼電器再控制電鈴。 （圖3 “四路智力搶答器”I/O分配接線圖） 3、接線完畢，檢查無誤方可開機(jī)運(yùn)行。運(yùn)行調(diào)試時(shí)，應(yīng)驗(yàn)證“程序”是否具有“搶答”功能，即在按下一鍵有效的情況下，看看其它鍵是否失效，如果是這樣，說明“程序”是正確的，否則，就要查一查原因，看是什么問題。 4、為了幫助初學(xué)者了解“四路智力搶答器”的工作原理，特附上梯形圖如圖4所示。