梯形圖轉(zhuǎn)VHDL邏輯表達式研究.pdf

1、IEC61131-3標準定義了兩類編程工具:文本化編程工具和圖形化編程工具,其中梯形圖(Ladder Diagram)是當今最通用的圖形化編程工具?？删幊炭刂破鞯暮诵氖且粋€順序處理器,它的速度完全取決于CPU的主頻,這極大地限制了可編程控制器性能的提升,特別是在超高速、超高精度、高可靠性的控制領域。
　　為了增強傳統(tǒng)可編程控制器的性能,論文基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)可重配置的硬件結(jié)構(gòu)

2、以及執(zhí)行機制提出了一種新的可編程控制器設計理念。由于梯形圖是可編程控制器領域最通用的編程語言,因此實現(xiàn)梯形圖到與之等效的超高速硬件描述語言VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)的轉(zhuǎn)換是設計新型控制器的基礎,也是論文研究的重點。論文以頂點活動圖(Activity on Vertex,AOV)為基礎,邏輯表達式作橋梁實現(xiàn)了帶復雜功能模塊(算

3、術(shù)運算功能模塊、比較功能模塊、置位復位功能模塊)、多輸出梯級的梯形圖到VHDL程序的轉(zhuǎn)換。為了有效地實現(xiàn)梯形圖到VHDL程序的轉(zhuǎn)換,論文首次提出了多輸出梯級的逆向拆分思想,較之于正向拆分,其不僅簡化了梯級拆分過程而且顯著改善了拆分性能。論文詳細分析了帶復雜功能模塊、多輸出梯級梯形圖的依賴關系并通過轉(zhuǎn)換控制依賴,使得帶跳轉(zhuǎn)指令(JMP指令)和子程序調(diào)用指令(CALL指令)的梯形圖可以正確的轉(zhuǎn)換成VHDL程序。此外,為了簡化斷層梯級到VHD

4、L邏輯表達式的翻譯,論文提出了一種新的算法——補層翻譯算法。該算法由補層和翻譯兩個過程構(gòu)成,補層的目的是為了實現(xiàn)斷層梯級的修復;翻譯僅針對完整梯級展開,該算法可以實現(xiàn)完整梯級到VHDL邏輯表達式的映射。針對任何一個完整梯級其分支的出度必然等于與其對應的歸并的入度,而斷層梯級無此特性。
　　為了對算法的正確性進行驗證,論文設計了一個應用范例——將檢測空載情況下繼電器抖動次數(shù)以及每次抖動時間間隔的梯形圖程序轉(zhuǎn)換成可在DE2-115開發(fā)