基于可编程控制器多谐振荡器的设计与分析

摘要：在数字电路中，常常需要一种不需外加触发脉冲就能够产生具有一定频率和幅度的矩形波电路，特别是要求频率和占空比可调的这种电路，它就是多谐振荡器。文章采用可编程控制器来设计完成该功能，它具有设计简单，完成方便，频率和占空比用软件就可调试，不需要对电路重新组装的特点。
关键词：多谐振荡器；可编程控制器；频率和占空比可调

0 引言
    可编程控制器在我国的应用已有二十几年的历史，随着目前生产自动化水平的提高，以及各种系统的需要，可编程控制器以其外部电路简单、模块化结构、可靠性高，尤其可以通过方便地编制和修改软件来实现顺序控制的功能等特点，在各行各业中得到了越来越广泛的应用。在各类数字和计算机系统中，都离不开多谐振荡器，虽然市场上有许许多多种多谐振荡器，但功能却各不相同。本文以日本三菱公司型号为FX2-24MR的可编程控制器为例进行程序设计，并仿真验证，设计了一款用可编程控制器构成的多谐振荡器。与普通振荡器相比，本设计有以下几方面优势：a．构成简单，具有通用性。改变程序和接线又可作其它用途；b．程序编写简单，易于理解和掌握；c．通过软件改变参数就可很方便地获得想要的频率和占空比。

1 设计
    首先我们以一个具体工作任务为目标，看看整个多谐振荡器的设计全过程。该具体工作任务为设计一个频率为f=0．4Hz，占空比q=40％的多谐振荡器。
    我们采用状态转移图SFC来实施这一工作任务。
    (1)通过工作任务计算波形的周期T以及波形的高电平持续时间t1、低电平持续时间t2。周期按计算公式T=1／f=1／0．4=2．5s完成，t1和t2按占空比公式q=t1／(t1+t2)和t1+t2=T完成。将T=2．5s和q=40％代入到以上两个公式中，求解这个二元一次方程组，得到t1=1s，t2= 1．5s。
    现在我们的工作任务变为要获得一个方波，它的高电平持续时间为1s，低电平持续时间为1．5S。即波形如图1所示。

    (2)采用状态转移图SFC时，起始状态元件选择S0，中间状态元件选择S20。高电平持续时间继电器采用T0，低电平持续时间继电器采用T1，它们的时间参数根据规则分别设置为K10和K15。据此我们可以画出状态转移图SFC，如图2所示。

    将状态转移图SFC变为可以实施的梯形图软件后，我们就可以将它写入到计算机里面去了。由图2的状态转移图得到的梯形图软件如图3所示。

2 I／O分配表
    根据现场控制所需的输入信号和输出信号，分配可编程控制器的输入与输出点，见表1。

3 可编程控制器多谐振荡器实施的接线图
    可编程控制器多谐振荡器的实施最终要反映到三菱 FX2-24MR型可编程控制器的输入／输出接线上，图4为可编程控制器多谐振荡器实施的接线图。SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，24V直流电源为可编程控制器外加的直流电源。

4 运行观察
    根据所设计的可编程控制器多谐振荡器梯形图，采用型号为FX2-24MR的可编程控制器，把可编程控制器方式开关置于运行“SHOP”档，通过计算机及数据线把程序写入到可编程控制器中，再把可编程控制器方式开关置于运行“RUN”档，合上X0，我们会看到与Y0联接的指示灯亮1s后熄灭，紧接着与Y1连接的指示灯亮1．5s后再熄灭，以后交替循环进行，按X1可结束工作任务，从而达到工作任务所设计的要求。实际运用时，将指示灯更换成负载就可以正常工作了，Y0输出频率为f、占空比为q的方波，Y1输出频率为f、占空比为(1-q)的方波。

5 扩展小结
    当我们需要任意频率f、任意占空比q的方波，我们只需改变图2和图3软件中的时间继电器T0、T1的参数就可以实现。方法如下：
    将f和q代入公式
   
    计算出t1=q／f，t2=(1-q)／f。T0时间继电器中的参数K就选择计算出来的t1×10，T1时间继电器中的参数K就选择计算出来的t2×10，修改好这二个参数后再按前面所叙述的方法将程序写入到可编程控制器中运行，我们所要求的结果就可以实现了。