基于FPGA的数字逻辑控制器的设计

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可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)因为它工作稳定、功能灵活、编程方便等特点,从一出现就受到了人们的欢迎。因为它可以通过修改程序的方式改变功能,所以在工业控制领域,PLC被广泛使用。现在PLC已经成为了自动控制领域的核心设备之一。FPGA(Field Programmable Gate Array)作为一种可编程的逻辑芯片,同样也具有通过不同程序实现不同功能的特点,完全可以用来设计类似PLC的控制设备。而且因为FPGA使用硬件逻辑电路来实现逻辑功能,比起需要执行程序才能正常工作的PLC,它不存在程序“跑飞”的问题,抗干扰能力更强,稳定性和可靠性更好。此外,PLC用顺序扫描的方式执行程序,一次扫描所需的时间较长,无法对输入的信号迅速做出反应,实时性不好,而FPGA的逻辑电路使用并行方式进行逻辑运算,可以迅速的响应外界的输入,实时性大大强于PLC。本文从FPGA与PLC的特点出发,分析了如何用FPGA实现PLC的控制功能,同时还能够保持PLC工作可靠、功能实现灵活等优势,提出并实现了利用PLC传统的梯形图编程形式对FPGA芯片进行编程,最终实现PLC功能。本文的主要工作是分析了将梯形图转化为VHDL语言的途径,设计了具体的硬件,并编写了编程软件,实现了用梯形图编写VHDL程序的功能,最后本文通过实验验证了设计的正确性与可实现性。
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