基于可编程控制器单稳态触发器的设计与分析

徐良雄

（武汉交通职业学院 机电工程系，湖北 武汉 430065）

单稳态触发器广泛用于脉冲波形的整形、定时、和延时，是电子仪器、通信专业中应用极其广泛的脉冲基本单元电路。

单稳态触发器要求：

1）电路只有一个稳定状态，一个暂稳态。

2）如果没有外加触发脉冲的作用，电路将保持这一稳定状态不变，当受到外加触发脉冲作用时，电路能够从稳定状态翻转到暂稳状态。

3）该暂态维持一段时间后又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间长短与触发脉冲无关[1]。

文中利用日本三菱公司，型号为FX2N-24MR的可编程控制器可方便的完成这一功能。与普通单稳态触发器相比，该设计有以下几个方面优势:

1）构成简单，工作稳定可靠。改变程序和接线又可作其它用途。

2）程序编写简单，易于理解和掌握。

3）延迟精度高，延迟范围不受限制，延迟时间通过软件改变参数就可很方便地进行调试，并获得需要的时间延时信号，该延时信号的时间长短可以随意调节[2]。

1 设 计

首先以一个具体工作任务为目标，看看整个单稳态触发器的设计全过程。该具体工作任务可表述为当外部给出一个t2=1.0 s的低电平窄脉冲信号时，立即产生一个t1=10.0 s的低电平延时时间信号，当t1=10.0 s的低电平延时时间信号实现以后再立即返回原稳态的t1高电平状态[3]。

采用状态转移图SFC来实施这一工作任务。

1.1 单稳态触发器波形

通过工作任务我们可以获得如下的一组波形。

1）外部触发窄脉冲t2=1.0 s，为低电平触发信号，触发完毕后返回高电平。

2）延时脉冲t1=10.0 s跟随 t2立即触发，达到10.0 s后返回初始高电平状态。即波形如图1所示。

图1 单稳态触发器波形Fig.1 Single-shot waveform

1.2 状态转移图SFC设计

采用状态转移图SFC设计时，起始状态元件选择S0，中间状态元件选择S20。t1=10.0 s的低电平持续时间继电器采用T1，t2=1.0 s的低电平持续时间继电器采用 T2，根据 FX2N-24MR可编程控制器使用规则，T1的时间参数设置为T1K100，T2的时间参数设置为T2K10。据此我们可以画出状态转移图SFC，如图2所示。状态转移图SFC中，当可编程控制器开始运转，Y0为t2的外部窄脉冲输出端和Y1为t1的输出延迟时间输出端被置高电平“1”，这一点是由SET Y0与SET Y1实现的，这与图1单稳态触发器波形的起始状态一致。t2的外部触发窄脉冲由X0实现。当点动X0后，Y2为高电平。条件Y2为高电平时，S20被激活，Y0、Y1被置“0”，单稳态触发器开始延时工作。Y2为低电平，等待下一次X0触发脉冲的到来，为第二次触发工作做好了准备。时间继电器T1与T2同时开始计时，T2时间继电器触发1.0 s以后，Y0被置“1”，触发工作结束；时间继电器T1计时10.0 s条件满足后重新激活S0，Y0、Y1被置“1”回到起始状态，单稳态触发器延时工作结束，等待着下一个周期的到来。X1点动按钮为随时结束工作任务所设置。

图2 单稳态触发器状态转移图SFCFig.2 One-shot state transition diagram SFC

将状态转移图SFC变为可以实施的梯形图软件后，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。

图3 单稳态触发器梯形图Fig.3 One-shot ladder

1.3 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，如表1所示。

表1 可编程控制器单稳态触发器输入输出端口分配表Tab.1 Single-shot programmable controller input and output port allocation table

1.4 可编程控制器单稳态触发器实施的接线图

可编程控制器单稳态触发器的实施最终要反映到三菱FX2N-24MR型可编程序控制器的输入/输出接线上，图4为可编程控制器单稳态触发器实施的接线图。SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，24 V直流电源为可编程控制器外加的直流电源[4]。Y0、Y1、Y2所接的指示灯为实验调试使用，待实验调试成功以后可用负载将它们替换掉。

图4 可编程控制器单稳态触发器接线图Fig.4 Single-shot programmable controller wiring diagram

2 运行观察程序

根据所设计的可编程控制器单稳态触发器梯形图，采用型号为FX2N-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，会看到与Y0联接的指示灯亮，点动接通X0按钮，Y0联接的指示灯立即熄灭，1.0 s后又重新发亮，当可编程控制器方式开关置于运行“RUN”档时，与Y1联接的指示灯也是发亮的，点动接通X0按钮时，Y1联接的指示灯立即熄灭，10.0 s后，Y1联接的指示灯会再次亮起，完成了一次t2外部窄脉冲触发 1.0 s，t1输出延迟时间输出端延时10.0 s的工作任务。单稳态触发器等待着下一次工作任务的到来，再次接通X0点动按钮，Y0、Y1联接的指示灯会再来一次循环[5]。按X1点动按钮可随时结束工作任务，取消可编程控制器单稳态触发器工作任务的执行。从而使本设计达到了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输出端为外部窄脉冲输出，它显示X0采集的信号结果，Y1输出端为输出延迟时间输出，它控制着工作任务的实施，并体现着最终结果的完成。Y2输出端为中间环节输出端，起着结束S0步同时激活S20步的作用。

3 结束语

可编程控制器单稳态触发器的设计在延迟时间上严格按照时间继电器T1、T2所设定的时间执行延时和信号采集功能，因而延迟和信号采集时间的控制极其精确，这是任何其它集成电路芯片所构成的单稳态触发器不能比拟的，因而，可编程控制器构成的单稳态触发器的延迟精度高[6]。

根据FX2N－24MR的时间设定规则，可编程控制器构成的单稳态触发器的延迟范围直接设置使用可以在3 276.7 s，若要求延迟时间超过一个小时，可以采用时间继电器[7]级联，或者采用计数器和时间继电器联接，做这样的处理可使延迟范围不受限制，这更是一般单稳态触发器望尘莫及的。而且延迟时间可以通过软件改变参数任意调节。方法如下：当需要t1输出延迟时间为我们所需要的T1s时，只需改变图2和图3软件中的时间继电器T1的参数就可以实现。操作方法是将T1时间继电器中的参数K选择为T1×10，t2的外部窄脉冲触发波形仅仅由X0控制，不需要设置。但也可由时间继电器T2来设置参数，操作方法是将T2时间继电器中的参数K选择为T2×10，修改好T1、T2时间继电器中的参数K后再按前面所叙述的方法将程序写入到可编程控制器当中运行，所要求的输出延迟时间就可以实现了。

可编程控制器构成的单稳态触发器由于可编程控制器的工作稳定可靠性，使得它能够在复杂恶劣的环境条件下正常工作，令人十分放心。当需要可编程控制器有更加重要的工作任务去完成时，又可以很方便地用改变程序和接线的方法去完成赋予它的新任务，待需要它继续完成前述的工作任务时又可以通过改变程序和接线的方法再次复原回来，因此工作十分方便。

可编程控制器构成的单稳态触发器的程序编写也很简单，易于理解和掌握，本文尝试了用状态转移图SFC来实施了这一工作任务。通过以上的设计及其分析，已经清楚地看到使用可编程控制器构成的单稳态触发器具有结构简单，编程方便，易于理解和掌握，工作稳定可靠的特点。同时它还具有延迟精度高，延迟范围不受限制，延时信号的时间长短可以随意调节，改变程序的参数就能实现的优势。应用前景及其可观并具有可操作性。实际上还可以用继电逻辑和数字逻辑的方法编写程序也可方便地完成工作任务。

[1]张友汉.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

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