基于FPGA的工业控制器的设计研究与实现

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随着工业自动化水平的迅速提高,计算机技术在工业领域的不断应用,使人们对工业自动化技术的要求越来越高。目前,各种各样的工业控制器已广泛应用于钢铁冶金、石油化工、数控机床、工业窑炉等领域,军工、科研等领域中也得到了一定的应用。工业控制器在设计上正朝着嵌入式系统方向发展。近几年FPGA的发展给嵌入式领域带来了新的发展空间,它具有可置入多处理器协作的特点,并且可配置多个功能逻辑模块,各功能逻辑模块能够独立工作,这对于提高控制实时性和简化控制器外围电路有一定的作用,因此,应用FPGA相关技术进行工业控制器的设计开发具有较高的理论和实际意义。  论文在分析了工业控制器的结构功能的基础上,应用FPGA及相关技术设计了一种工业控制器。设计并实现了工业控制器的各种外围接口模块,完成了各接口模块的硬件电路及其在FPGA中的功能逻辑接口,其中包括开关量的输入/输出、模拟量的输入/输出、数据通信、高速计数器等接口模块,另外还设计实现了高精度的旋转编码器接口,它与旋转编码器组合在一起可用作各种角位置传感器和位移传感器,使用SOPC技术在FPGA中配置了Nios II嵌入式处理器来管理各个功能逻辑模块,实现了模糊控制算法,使用DSP Builder和Simulink完成了控制器算法逻辑模块的设计与仿真,最后设计了一个控制系统对所设计的控制器样板进行测试与分析。  论文所设计的基于FPGA的工业控制器功能接口比较齐全,经过对样板的测试表明,该控制器能够完成相应的控制任务。论文是将FPGA及相关技术应用于工业控制器的设计,其逻辑模块的并行特性有利于应对越来越高的工业控制要求,对后续工作具有借鉴意义。
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