多操作数四则混合运算控制策略研究及在PLC的应用
发布时间：2021-02-06 06:53
小型PLC主要用于工业控制中,对于复杂控制算法和高精度数据处理,小型PLC的控制精度往往受到限制,浮点数四则混合运算功能的小型PLC能够提高控制精度,因此,研究实现多浮点数四则混合运算具有较好的实际意义。本课题利用FPGA并行执行的特性实现多操作数四则混合运算功能,在ARM+FPGA架构小型PLC中,FPGA在执行浮点运算过程中,不影响PLC用户程序的执行过程,只是浮点运算过程的数据准备、浮点运算结果的读出将占用PLC的执行时间,可有效的提高PLC的运算速度。本文主要做了如下几方面的工作:（1）针对采用总线方式的多操作数四则混合运算控制的电路结构,研究其控制策略,确定了指令与操作数的传输的方式,寻址存储控制模块和多操作数单精度浮点算术运算模块之间的数据传输的原则,运算指令和多浮点数据的执行处理过程。设计了多操作数四则混合运算内部模块运算指令集和寻址存储控制模块数据传输指令集。（2）设计了寻址存储控制模块的内部结构,包括指令数据缓存、主控制器、存储器和寄存器堆四个模块。具有多种寻址操作,能够实现模块内部的数据相互传输,组织参与运算的多浮点操作数。（3）完成了多操作数单精度浮点数算术运算模...
【文章来源】：广西科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多操作数四则混合运算控制框图
可以根据中央控制器的需要读走，同时也为浮点转定点模块提供浮点操作数，由于外部模拟量采集处理是定点数据源，采样结果是以定点数存储在FPGA中，需要通过定点转浮点模块转换成浮点数，采集的过程由FPGA外部扩展ADC来实现，如图2-2所示。图2-2 处理结构框图Figure 2-2 Processing block diagram进行运算的操作数来源设计有四种通道：系统数据总线、寄存器堆、累加寄存器和存储器模块，在传输控制的过程中，主要通过设计寻址存储控制模块来对操作数进行寻址、存储，寻址到浮点操作数后将操作数放在寄存器堆中存储起来，并根据需要为设计的算术运算模块提供操作数，执行32位浮点数的加、减、乘、除运算工作，因此寻址存储控制模块内部的数据都是以浮点数形式寻址、存储的，最后通过寄存器堆传输到算术运算模块中进行浮点数的四则混合运算，只是模拟量的采集结果需要将定点数进行转换浮点数。
第三章 寻址存储控制模块设计.1 寻址存储控制模块工作原理根据第二章的分析，实现32位浮点数四则混合运算，需要完成寻址存储控操作数浮点数算术运算控制，寻址存储控制模块的设计是应用FPGA并行处理，采用了模块化思想，一共分为指令数据缓存、主控制器、存储器、寄存器子模块，并根据控制需求可以对存储器、寄存器堆进行多种寻址操作，寻址制模块主要功能是通过中央控制器发送来的指令字，完成多种寻址方式并组数传输到多操作数单精度浮点数算术运算模块参与四则混合运算。模块结构图3-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的寻址与运算操作数存储IP核设计[J]. 李克俭,李洋,柯宝中,雷琳. 广西科技大学学报. 2017(04)
[2]PLC在工业自动化领域中的应用与发展趋势分析[J]. 王晨雨. 石化技术. 2017(07)
[3]基于FPGA的PLC浮点运算系统的设计与实现[J]. 曹鹏,张彤,冯磊. 桂林电子科技大学学报. 2017(03)
[4]PLC未来发展趋势[J]. 费光彦. 黑龙江科技信息. 2017(11)
[5]基于FPGA的高速浮点FFT/IFFT处理器设计与实现[J]. 苏斌,刘畅,潘志刚. 中国科学院大学学报. 2015(02)
[6]基于FPGA的浮点运算研究[J]. 黄亚晴,徐朝阳. 电子世界. 2014(11)
[7]中空成型机型坯壁厚控制系统的设计与研究[J]. 杜巧连,舒柏和. 塑料工业. 2012(12)
[8]注吹瓶机电气控制系统的设计[J]. 文澜,周常凯,李晖. 广西工学院学报(自然科学版). 2010(02)
[9]PLC浮点数运算指令的应用举例[J]. 张春鹏. 科技咨询导报. 2007(16)
博士论文
[1]高性能浮点算术单元VLSI实现的关键技术[D]. 刘德.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]浮点傅里叶变换硬件架构综合研究[D]. 冯淦.中国科学技术大学 2017
[2]基于全国产化PLC的PID控制系统的研究与实现[D]. 杨赵鹏.西安电子科技大学 2017
[3]高性能向量协处理器的运算单元设计与FPGA实现[D]. 李光赫.天津大学 2016
[4]统一结构的浮点除法和开方运算单元的研究与实现[D]. 何婷婷.国防科学技术大学 2015
[5]小型PLC的FPGA模块总控制器的研制[D]. 孙培燕.广西科技大学 2015
[6]小型PLC的数据配置与ARM-FPGA总线接口的研制[D]. 李刚.广西科技大学 2015
[7]嵌入式环境下浮点矩阵乘法的FPGA加速关键技术研究[D]. 张婷.湖南大学 2013
[8]1GHz 64位高性能浮点加法器的设计及优化[D]. 李星.国防科学技术大学 2013
[9]基于FPGA浮点运算器的研究[D]. 戴丹丹.内蒙古大学 2012
[10]基于软PLC的PID控制系统的设计与实现[D]. 姜海涛.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2012
本文编号：3020344
【文章来源】：广西科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多操作数四则混合运算控制框图
可以根据中央控制器的需要读走，同时也为浮点转定点模块提供浮点操作数，由于外部模拟量采集处理是定点数据源，采样结果是以定点数存储在FPGA中，需要通过定点转浮点模块转换成浮点数，采集的过程由FPGA外部扩展ADC来实现，如图2-2所示。图2-2 处理结构框图Figure 2-2 Processing block diagram进行运算的操作数来源设计有四种通道：系统数据总线、寄存器堆、累加寄存器和存储器模块，在传输控制的过程中，主要通过设计寻址存储控制模块来对操作数进行寻址、存储，寻址到浮点操作数后将操作数放在寄存器堆中存储起来，并根据需要为设计的算术运算模块提供操作数，执行32位浮点数的加、减、乘、除运算工作，因此寻址存储控制模块内部的数据都是以浮点数形式寻址、存储的，最后通过寄存器堆传输到算术运算模块中进行浮点数的四则混合运算，只是模拟量的采集结果需要将定点数进行转换浮点数。
第三章 寻址存储控制模块设计.1 寻址存储控制模块工作原理根据第二章的分析，实现32位浮点数四则混合运算，需要完成寻址存储控操作数浮点数算术运算控制，寻址存储控制模块的设计是应用FPGA并行处理，采用了模块化思想，一共分为指令数据缓存、主控制器、存储器、寄存器子模块，并根据控制需求可以对存储器、寄存器堆进行多种寻址操作，寻址制模块主要功能是通过中央控制器发送来的指令字，完成多种寻址方式并组数传输到多操作数单精度浮点数算术运算模块参与四则混合运算。模块结构图3-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的寻址与运算操作数存储IP核设计[J]. 李克俭,李洋,柯宝中,雷琳. 广西科技大学学报. 2017(04)
[2]PLC在工业自动化领域中的应用与发展趋势分析[J]. 王晨雨. 石化技术. 2017(07)
[3]基于FPGA的PLC浮点运算系统的设计与实现[J]. 曹鹏,张彤,冯磊. 桂林电子科技大学学报. 2017(03)
[4]PLC未来发展趋势[J]. 费光彦. 黑龙江科技信息. 2017(11)
[5]基于FPGA的高速浮点FFT/IFFT处理器设计与实现[J]. 苏斌,刘畅,潘志刚. 中国科学院大学学报. 2015(02)
[6]基于FPGA的浮点运算研究[J]. 黄亚晴,徐朝阳. 电子世界. 2014(11)
[7]中空成型机型坯壁厚控制系统的设计与研究[J]. 杜巧连,舒柏和. 塑料工业. 2012(12)
[8]注吹瓶机电气控制系统的设计[J]. 文澜,周常凯,李晖. 广西工学院学报(自然科学版). 2010(02)
[9]PLC浮点数运算指令的应用举例[J]. 张春鹏. 科技咨询导报. 2007(16)
博士论文
[1]高性能浮点算术单元VLSI实现的关键技术[D]. 刘德.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]浮点傅里叶变换硬件架构综合研究[D]. 冯淦.中国科学技术大学 2017
[2]基于全国产化PLC的PID控制系统的研究与实现[D]. 杨赵鹏.西安电子科技大学 2017
[3]高性能向量协处理器的运算单元设计与FPGA实现[D]. 李光赫.天津大学 2016
[4]统一结构的浮点除法和开方运算单元的研究与实现[D]. 何婷婷.国防科学技术大学 2015
[5]小型PLC的FPGA模块总控制器的研制[D]. 孙培燕.广西科技大学 2015
[6]小型PLC的数据配置与ARM-FPGA总线接口的研制[D]. 李刚.广西科技大学 2015
[7]嵌入式环境下浮点矩阵乘法的FPGA加速关键技术研究[D]. 张婷.湖南大学 2013
[8]1GHz 64位高性能浮点加法器的设计及优化[D]. 李星.国防科学技术大学 2013
[9]基于FPGA浮点运算器的研究[D]. 戴丹丹.内蒙古大学 2012
[10]基于软PLC的PID控制系统的设计与实现[D]. 姜海涛.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2012
本文编号：3020344
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