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可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)以其运行可靠、操作简易、控制灵活、抗干扰能力强等诸多优点在工业控制领域得到越来越广泛应用,在工控产品中占有绝对的市场份额并有广阔的市场前景。但目前PLC大部分都依靠国外进口,其原因是PLC的微控制器关键技术被国外垄断,因此,设计和开发拥有自主知识产权和性价比高的国产PLC专用微控制器成为目前的一个研究热点。 本文基于现代EDA技术,结合计算机技术,以FPGA为载体设计PLC专用微控制器。以专用微控制器为核心,扩展外部存储器、数字量与模拟量输入输出模块组成可编程控制器的硬件电路,此外以嵌入式微处理器ARM9为主控制器扩展CAN总线通信模块。在PLC设计过程中,所取得的主要研究成果有: (1)以PLC硬件结构为参考,设计基于FPGA的PLC硬件系统;通过仔细分析三菱公司FX2N系列PLC的操作指令和编程元件的特点,设计PLC专用微控制器的指令系统,包括指令、寻址方式和指令格式。 (2)针对指令系统和编程元件的特点,设计数据通道的各个功能模块;根据数据通道所需要的控制信号,设计使数据通道有效工作的控制器模块。以上模块都是以FPGA为载体,采用VHDL语言实现;将所设计的模块整合成PLC专用微控制器整机。在所设计的指令系统下,编写测试程序进行仿真验证,最终将电路文件下载到硬件平台进行验证。验证结果表明所设计专用微控制器是有效的。 (3)以PLC专用微控制器为核心,扩展FLASH用户程序存储器、EPCS16系统程序存储器、数字量模拟量输入输出模块以及CAN通信模块。 (4)以微处理器S3C2410为主控制器嵌入Linux操作系统,通过SPI接口,采用MCP2510控制器扩展CAN总线接口。根据Linux下驱动程序的编写一般规则,编写CAN设备的驱动代码和测试程序,最后将驱动程序和测试程序执行文件下载到硬件平台进行验证。验证结果表明所设计的驱动程序是可行的。