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基于梯形图-VHDL的CPLD开发方法研究

引言

顺序控制逻辑电路广泛应用于机器人、全自动家用电器、工业自动化设备及其它自动化装置中，它常采用CPLD器件进行设计与实现。

如果直接采用原理图输入工具或VHDL语言描述的方法来设计顺序控制逻辑电路，则设计效率不高。这是因为顺序控制逻辑电路中包含大量的I/O信号，控制逻辑就是这些I/O信号的逻辑组合，这些I/O信号在整个控制逻辑中会被大量引用，而原理图输入工具中的元件如逻辑门和触发器等的输入引脚数是固定的，逻辑引用不够灵活，同时，I/O信号的大量引用又会使连线过于复杂。VHDL是一种文本设计工具，不是顺序控制逻辑电路设计的专用工具，直接用它编写的顺序控制逻辑程序结构零乱，不够直观，编程及调试效率都不高。

梯形图的原理与特性

梯形图是可编程逻辑控制器(PLC)实现顺序控制逻辑的专用设计工具，用梯形图描述的控制逻辑非常直观易懂。梯形图工具使用简便，开发效率高，对电路设计者的要求很低，因此，电路设计者可以将更多精力用在顺序控制逻辑功能的实现与优化上。

图1 典型的顺序控制逻辑电路的梯形图

梯形图以两根平行的竖线分别表示电源线和地线，在这两根竖线之间，用横线表示电气连接线，将各种代表逻辑量(“ON”或“OFF”)的元件触点及输出执行元件的线圈用横线串接成一条电气回路。多条这样的回路并列在一起，形状如同阶梯，就构成了实现所需顺序控制逻辑的梯形图。

一个典型的顺序控制电路的梯形图如图1所示。在梯形图的每个回路中，当所有串联的触点全部都处于“ON”状态时，回路就处于导通状态，回路末端的输出执行元件线圈被接通。例如，当X0为“ON”，X1为“OFF”时，执行元件Y0就被接通，产生输出动作。执行元件不能多个串联，其触点所代表的逻辑量可以在梯形图中被多次反复引用。电路的各I/O信号也可以在梯形图中被多次反复引用。

梯形图-VHDL设计方法

如果将梯形图法应用于CPLD开发中，采用基于梯形图的VHDL设计方法，