在2003—2004年度第二學(xué)期，筆者同時帶了《電子技術(shù)》和《可編程控制器》（簡稱“PLC”）兩門課程。利用這個機會，便嘗試著用PLC實驗臺來做數(shù)字電路演示實驗。經(jīng)過一個學(xué)期的實踐，筆者發(fā)現(xiàn)這對于開闊學(xué)生視野、增強學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力以及實際動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)生營造一個更好的教學(xué)環(huán)境。 演示實驗一：六種“邏輯門”邏輯功能的演示實驗 一、演示試驗的準(zhǔn)備 第一步 確定邏輯變量，寫出邏輯表達式：把PLC輸入繼電器（X）的觸點看作輸入變量，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式。 第二步 根據(jù)邏輯表達式設(shè)計出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，用“常開觸點”表示；輸入變量為“反變量”時，用“常閉觸點”表示?！芭c邏輯”用“觸點的串聯(lián)”表示；“或邏輯”用“觸點的并聯(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用戶存儲器中。 第四步：進行I/O分配，并接線調(diào)試。 為了接線簡單起見，我們讓六個“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，實驗的準(zhǔn)備工作即告結(jié)束。 二、演示實驗的做法 比如在做“與門”邏輯關(guān)系實驗時，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)系實驗時，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)生通過觀察演示實驗來填寫如下真值表（如表一所示）。 表一：六種“邏輯門”邏輯關(guān)系演示實驗真值表 填完表后，再逐個逐個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實驗臺做數(shù)字電路實驗，是一個新的嘗試，并且這樣的嘗試是可行的。因為“邏輯控制功能”是PLC最基本控制功能，所以，我們設(shè)計這個實驗的目的，不僅僅為了實驗的本身，更重要的是想證明一個事實：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”來實現(xiàn)的。 2、 這里演示的“邏輯門”就是用PLC的“程序”來實現(xiàn)的，不同的“程序”對應(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實驗臺做數(shù)字電路實驗是可取的。因為PLC實驗臺“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”等實驗，還可以用它來做三輸入“與門”、“或門”等實驗，或做其它實驗，只要改變程序就行，非常靈活、方便、快捷。 4、 借助“演示實驗”的手段，讓學(xué)生從“實踐”中獲得知識，比單純講解“書本知識”生動、有趣。可以引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)、仔細地觀察“實驗”，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，寫邏輯表達式，畫邏輯符號或邏輯結(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”。 演示實驗二：“三人表決器”邏輯功能的演示實驗 “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式并化簡得：Y0=X0*X1+X0*X2+X1*X2 （2.1） 要實現(xiàn)這個邏輯功能，如果用“集成邏輯門”，則可選用三個兩輸入“與門”和一個三輸入“或門”來實現(xiàn)。但是，這里我們不是用“集成邏輯門”，而是用PLC“程序”來實現(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 將這個程序語句寫入到PLC中，再進行接線：用三個開關(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。接線完畢就可以進行演示實驗的操作了。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，在表達式（2.1）中，X0、X1、X2為三個輸入邏輯變量，代表三個人，Y0為輸出邏輯變量，代表表決結(jié)果。同時在PLC中，X0、X1、X2又是三個輸入繼電器，都是輸入繼電器的常開觸點； Y0是一個輸出繼電器，是輸出繼電器的一個線圈。 式（2.1）是一個“與或式”，在第一項X0*X1中，“X0”在項首，用[LD]指令,即LD X0，“*”是“與”邏輯，用[AND]指令，即AND X1。第二項、第三項也是這個規(guī)律，三項相加， “+”是“或”邏輯，用[ORB]指令，[ORB]指令是“塊或”指令。因為每一個“與項”都是兩個觸點相串聯(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。認真總結(jié)由“邏輯表達式”來編寫PLC程序的規(guī)律，這對于快速編程很有好處。但是，一般的初學(xué)者，往往都是由“邏輯表達式”到“梯形圖”，再到“程序語句”。為了幫助初學(xué)者，我們將這個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） 演示實驗三：“四路智力搶答器” 邏輯功能的演示實驗 設(shè)智力測驗時分四個組，每一組前面放一個按鈕，當(dāng)某一組先按下按鈕時，其對應(yīng)的指示燈亮，電鈴響，此時其它按鈕均失效。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“四路智力搶答器”的關(guān)鍵是：四路信號優(yōu)先擇一，拒絕其余。 如果用邏輯門來實現(xiàn)的話，可以用五個四輸入與非門和一級輸出驅(qū)動電路來實現(xiàn)。但在這里僅介紹用PLC“程序”來實現(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，燒壞保險絲。因本實驗臺本身沒有提供電鈴，所以電鈴在圖中未畫出，實際應(yīng)用時可用相應(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，檢查無誤方可開機運行。運行調(diào)試時，應(yīng)驗證“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。