JPH0926807A - プログラマブルコントローラ - Google Patents

プログラマブルコントローラ

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JPH0926807A
JPH0926807A JP20897195A JP20897195A JPH0926807A JP H0926807 A JPH0926807 A JP H0926807A JP 20897195 A JP20897195 A JP 20897195A JP 20897195 A JP20897195 A JP 20897195A JP H0926807 A JPH0926807 A JP H0926807A
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pld
programmable controller
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cpu
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JP20897195A
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Inventor
Taiji Kuki
泰治 九鬼
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Keyence Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】PLDの利用を可能にし、プログラムの設計が
しやすく、また、モニタ処理を確実になし得るプログラ
マブルコントローラを提供すること。 【解決手段】ラダー図データからPLDの配置配線デー
タに変換する変換手段とその逆変換手段を備えるプログ
ラミング装置10と、バウンダリスキャン回路22を実
装したPLD21と、カウンタ251、タイマ252を
形成したゲートアレイ25と、CPU23と、メモリ2
4とを有するプログラマブルコントローラ20とからな
り、メモリ24にはPLD21のラダー図のソースデー
タ等を保存し、バウンダリ・スキャン回路22、カウン
タ251、タイマ252がCPU23に接続され、PL
D21、カウンタ251、タイマ252の内容及びメモ
リ24の内容を読み出しプログラミング装置でラダー図
に復元およびモニタを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種機器を自動制
御するプログラマブルコントローラに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、センサ、スイッチ、ランプ、モ
ーター、リレー等の機器の運転、停止、前進、後退、
開、閉等の状態の移り変わりを制御するシーケンス制御
系の命令処理部として使用されるプログラマブルコント
ローラは、基本的に図11に示すように構成されてい
る。すなわち、CPU1、メモリ2、入力回路4、出力
回路5を備え、CPU1の働きにより数十ms程度の1
スキャンタイムの間に入力回路4からの入力データの読
み込み、プログラム実行、モニタ処理、出力回路5から
のデータ転送等が行われる。
【0003】プログラマブルコントローラの内部では、
プログラムされた順序によって逐次演算処理が行われて
いるが、そのプログラムはプログラミング装置6によっ
て書き換えられる。プログラミング装置6はユーザによ
って図2に示すようなラダー図が作成され、これを例え
ばニモニックに変換してプログラマブルコントローラに
転送される。そしてCPU1はニモニックに変換された
プログラムを解読しながら1つずつCPU1の命令語に
よって実行するようにされている。
【0004】このように構成されたプログラマブルコン
トローラでは、演算処理がソフトウェアで行われ、前述
また図12の流れ図に示すように入力−ユーザプログラ
ムの実行−出力−モニタ処理−入力に至るサイクルタイ
ムが存在し、高速で変化する入力信号に追従できないと
いう問題がある。
【0005】例えば、サイクルタイムが10msの場
合、入力信号は50Hz以下でないと、10msでサン
プリングされるため取こぼされる。また、入力され、ユ
ーザプログラムが実行され、出力されるまでの応答時間
は、1サイクルないし2サイクルタイムのばらつきが生
じるという問題もある。
【0006】このような問題を解消するために、ソフト
ウェアでの演算を、ANDアレイ、ORアレイ等を備
え、ユーザが任意に論理仕様(プログラム)を書き込む
ことができるデバイス、いわゆるPLD(Progra
mmable Logic Device)を使用し、
通常デバイスメーカが供給する論理回路作成ツールでプ
ログラムを作成してPLDに入力し、これによりハード
ウェア化することも試みられているようである。なお、
PLDは、FPGA(Field Programma
ble Gate Array)、PLA(Progr
ammableLogic Array)、PAL(P
rogrammable ArrayLogic)等と
も称されている。
【0007】以下、この明細書において、上記のような
デバイス(集積回路(IC))を「PLD」といい、ま
た、PLD内部の詳細な回路は、周知であるところから
その説明を省略する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、PLDをプ
ログラマブルコントローラとして容易に使用するには、
ラグー図からのPLDの配置配線データへの変換および
その逆変換、ラダーモニタの方法、タイマ・カウンタ命
令の実現方法等に解決を図らなければならない多くの課
題が残されている。
【0009】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
で、PLDの利用を可能にし、プログラムの設計がしや
すく、また、モニタ処理を確実になし得る小型で高速処
理の図れる信頼性の高いプログラマブルコントローラを
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記
(1)〜(5)の構成とすることにより達成される。
【0011】(1)プログラミング装置に接続され、P
LDを備えるプログラマプルコントローラにおいて、ラ
ダー図のソースデータをニモニック形式のデータへ、ニ
モニック形式のデータをブール代数形式へ、ブール代数
形式をPLDの配置配線データへと変換する変換手段を
備え、前記変換手段の内のいずれかの形式のデータが前
記プログラミング装置から転送されてなることを特徴と
するプログラマブルコントローラ。
【0012】(2)プログラミング装置に接続され、P
LDを備えるプログラマブルコントローラにおいて、P
LDの配置配線データをブール代数形式へ、ブール代数
形式をニモニック形式のデータへ、ニモニック形式のデ
ータをラダー図のソースデータへと変換する逆変換手段
とを備え、前記逆変換手段の内のいずれかの形式のデー
タを前記プログラミング装置の要求に応じて前記プログ
ラミング装置へ転送することを特徴とするプログラマブ
ルコントローラ。
【0013】(3)CPUとメモリとPLDとを備える
プログラマブルコントローラであって、前記プログラマ
ブルコントローラは前記メモリにラダー図のソースデー
タ及び前記ラダー図のソースデータをニモニック形式に
変換したデータのいずれかのデータを前記CPUを介し
て保存するとともに、前記保存したデータを前記CPU
を介して随時読み出し可能にしたことを特徴とするプロ
グラマブルコントローラ。
【0014】(4)複数のカウンタとそれぞれに対応す
るコンパレータ及び/又は複数のタイマとそれぞれに対
応するコンパレータによって形成されたゲートアレイを
PLDとCPUに接続してなるプログラマブルコントロ
ーラであって、前記カウンタ、タイマ及びコンパレータ
の各々の内容の書き込み、読み出しが前記CPUを介し
て任意になし得ることを特徴とするプログラマブルコン
トローラ。
【0015】(5)PLDの内部を随時読み出す手段を
備えた上記(4)のプログラマブルコントローラ。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明は、プログラミング装置で
通常のラダー図を用いてプログラマブルコントローラで
実行すべきプログラムを設計する。設計されたラダー図
のソースデータはニモニック形式(ニモニックをコード
化したバイナリ形式も含む。)のデータへ、ニモニック
形式はデータをブール代数形式へ、ブール代数形式はP
LDの配置配線データへと順次変換され、PLDはその
配置配線データに基づいて実行する。
【0017】また、プログラミング装置から指令するこ
とによつてPLDの配置配線データは、そのデータはブ
ール代数形式へ、ブール代数形式はニモニック形式のデ
ータへ、ニモニック形式のデータはラダー図のソースデ
ータへと逆変換され、プログラミング装置においてもと
のラダー図を復元する。
【0018】この場合、ブール代数形式をPLDの配置
配線データに変換する際、プログラムを小型化するため
に最適化による論理圧縮を行うことがあり、この論理圧
縮を行うとPLDの配置配線データからもとのラダー図
を復元することができないので、この論理圧縮を行うと
きには、ラダー図のソースデータ又はニモニック形式に
変換したデータをプログラマブルコントローラのメモリ
に保存し、プログラミング装置から指令された場合に、
この保存したメモリのデータを読み出しもとのラダー図
を復元する。
【0019】プログラマブルコントローラの状態をモニ
タする場合には、CPUの働きによってPLDから信号
を取り出し、また、タイマおよびカウンタ並びにそれら
に対応して設けられているコンパレータの内容を読み出
して行う。
【0020】
【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例について
説明する。図1は本発明の実施例のプログラマブルコン
トローラの構成を示すブロック図で、10はプログラミ
ング装置、20はプログラマブルコントローラを示して
いる。
【0021】プログラミング装置10は、図2に示すよ
うなラグー図を画面上で作成することができるようにさ
れてあり、作成されたラダー図は、そのラダー図のソー
スデータをニモニック形式(ニモニックをコード化した
バイナリ形式も含む。)のデータに変換し、その変換し
たデータをブール代数形式に変換し、これを図3に示す
ようなPLD21の配置配線データ(ビットマップファ
イル)に変換し、この変換したPLD21の配置配線デ
ータをPLD21に転送し、その配置配線データをPL
D21に書き込む。(図1では、CPU23を介して転
送する場合を示しているが、PLD21に直接書き込む
ようにしても良い)。
【0022】また、プログラミング装置10は、ブール
代数表現形式からPLD21の配置配線データに変換の
際、プログラムを小型化するために最適化による論理圧
縮を行った場合には、圧縮されたPLD21の配置配線
データをPLD21に転送すると共に、ラダー図のソー
スデータ(又はニモニック形式のデータ)をCPU23
0に転送する。この場合、ラダー図のソースデータ(ま
たはニモニック形式のデータ)は、メモリ24に格納さ
れる。PLD21の配置配線データはPLD21に書き
込まれる。
【0023】さらに、プログラミング装置10は、PL
D21からその配置配線データを読み出し、PLD21
の配置配線データをブール代数形式に変換し、変換され
たブール代数形式からニモニック形式のデータに変換
し、その変換したデータをラダー図のソースデータへと
逆変換してラダー図を復元することができる。PLD2
1の配置配線データが圧縮されて転送されている場合に
は、CPU23からメモリ24に格納されてあるラダー
図のソースデータまたはニモニック形式のデータの転送
を受け、このデータからもとのラダー図を復元すること
ができる。
【0024】すなわち、プログラミング装置10は、ラ
ダー図のソースデータからニモニック形式のデータへ、
ニモニック形式のデータをブール代数形式へ、ブール代
数形式からPLD21の配置配線データへと変換する変
換手段およびPLD21の配置配線データからブール代
数形式へ、ブール代数形式からニモニック形式のデータ
へ、ニモニック形式のデータからラダー図のソースデー
タへと変換する逆変換手段を備えている。
【0025】プログラマブルコントローラ20は、PL
D21が用いられ、この実施例のPLD21は、JTA
Gによって提案され規格化されているバウンダリ・スキ
ャン回路が実装されて構成されていて、バウンダリ・ス
キャン回路のテスト・アクセス・ポート(TAP)22
を有している(図9も参照)。このTAP22はバウン
ダリ・スキャン用信号線30により中央処理装置(CP
U)23と接続されている。
【0026】通常バウンダリ・スキャンは、他の電子部
品を含める実装時の半不良等を検査する実装基板テスト
(ボード・テスト)のためのものであるが、この実施例
では、PLD21の内部を読み出し、この読み出した情
報をプログラミング装置10に転送し、内部接点の状態
をモニタする場合などに用いられる。この場合、CPU
23はバウンダリ・スキャン用信号を出力し、PLD2
1の内部を読み出し、読出した情報をプログラマ用通信
I/F回路27を介してプログラミング装置10に転送
する。
【0027】また、CPU23に接続されているバスラ
イン29にメモリ24が接続されていて、ブール代数形
式からPLD21の配置配線データに変換する際データ
が圧縮されている場合等に、前述したようにプログラミ
ング装置10から転送されたラダー図のソースデータま
たはニモニック形式のデータをメモリ24に格納するよ
うにされている。この格納は、PLD21の配置配線デ
ータが圧縮されているような場合に、格納されたソース
ファイルを読出し、逆変換を行ってプログラミング装置
10の画面にユーザが作成したもとのラダー図を復元す
るためである。
【0028】25は、プログラマブルコントローラ20
のカウンタ命令およびタイマ命令を実行させるために、
専用の固定のハードウェア回路により構成されている集
積回路、いわゆるゲートアレイであり、PLD21内部
のハードウェア(フリップフロップ)の消費を少なく
し、PLD21とゲートアレイ25の2チップでプログ
ラマブルコントローラ20のメイン制御部が構成されて
いる。
【0029】ゲートアレイ25は、この実施例では、1
0個の16ビットのカウンタ251と、このカウンタ2
51に対応して10個の16ビットのコンパレータ25
3および10個の16ビットのタイマ252と、このタ
イマ252に対応して10個の16ビットのコンパレー
タ254が形成されていて、各コンパレータ253、2
54は、カウンタ251、タイマ252の設定値がセッ
トされる。
【0030】図4のラダー図および図5のタイムチャー
トは、タイマ命令の動作を説明するもので、タイマ命令
の入力がオンすると(0000オン)タイマ(T0)が
起動し、設定値で設定されている時間(図5では200
ms)が経過すると、タイマ命令に対応する接点(T
0)がオンする。タイマ命令の入力がオフするとタイマ
(T0)はリセット状態になる。
【0031】図6のラダー図および図7のタイムチャー
トは、カウンタ命令の動作を説明するもので、カウンタ
命令の入力がオンすると(0000オン)カウンタ(C
00001)が起動し、設定値で設定されているカウン
ト数だけクロック入力をカウントすると(図7では5
個)が経過すると、カウント命令に対応する接点(C
0)がオンする。カウンタ命令の入力がオフするとカウ
ンタ(C0 0001)はリセット状態になる。
【0032】PLD21の出力3000〜3009は、
ゲートアレイ25の10個の各カウンタ251のCLK
(クロック)入力に接続されている。PLD21の出力
3010〜3019は、ゲートアレイ25の10個の各
カウンタ251のRES(上バー)入力に接続されてい
る。10個の各コンパレータ253は設定値を表し、そ
れぞれのカウンタ251の現在値とハードウェア的に常
に比較を行い、一致した時点で一致出力OUTをローか
らハイに変更する。
【0033】一致出力OUTがハイになるとそれぞれの
カウンタ251のCLK入力のゲートは閉じるようにな
っているので、カウンタ251は現在値と設定値とが等
しくなった時点でCLKのカウントを中止しその状態を
保持する。カウンタ251のRES(上バー)入力がハ
イからローになると現在値はクリアされ、一致出力OU
Tもハイからローになるのでカウンタ251は初期状態
に戻る。各コンパレータ253の一致出力OUTはPL
D21の入力3020〜3029に接続されている。
【0034】また、ゲートアレイ25のカウンタ251
およびコンパレータ253はバスライン29に接続され
ていて、カウンタ251の現在値、コンパレータ253
の設定値の読み出しおよび変更がCPU23を介して行
われる。
【0035】更に、1個のカウンタについて具体的に説
明すると、図6のカウンタを含むラダー図を、次のよう
にして図8に示す通常の接点命令だけのラダー図に変換
する(変換したものを括弧内に示す)。C0命令(OU
T3010)、カウンタのクロック入力0001(LD
(0001))(OUT3000)、LDC0命令(L
D3020)と変換しておき、PLD21とゲートアレ
イ25を接続すればプログラマブルコントローラ20の
カウンタ命令の動作が実現できる。
【0036】タイマ252は、外部クロック入力が内部
のクロック発振器31からのクロック入力に変わるだけ
で、カウンタ253について説明したものと基本的に同
じでありここではその詳細な説明は省略する。
【0037】次に動作中の接点のオン・オフ状態をモニ
タリングする場合について説明する。まず、カウンタ2
51およびタイマ252のモニタついては、カウンタ2
51、タイマ252およびそのコンパレータ253、2
54はバスライン29に接続されていて、カウンタ25
1およびタイマ252の現在値、コンパレータ253、
254の設定値は、CPU21を介してプログラミング
装置10から容易に行うことができる。
【0038】PLD21内部の接点やI/O28のモニ
タは、バウンダリ・スキャンを利用することによって行
う。図9にバウンダリ・スキャン回路を備えるPLD2
1の概略構成図を示す。PLD21の入力と内部のマク
ロセルの出力に対して全て、一連でバウンダリスキャン
レジスタ34と呼ばれるシフトレジスタ(バウンダリス
キャンセル33)を配置し、ノーマルモードにおいて前
記セルを通過する信号を定期的(SAMPLE命令に応
じて)に取り込む。
【0039】そして取り込んだデータを何回かシフトし
て(TCKにクロックを与える)TDOから取り出しC
PU23を介してプログラミング装置10に転送する。
TDOから取り出したデータがPLD21内の各接点の
データ(ON/OFF状態)を表している。
【0040】このようにノーマルモードでバウンダリス
キャンテストを行うことによりPLD21の動作中にP
LD21の動作に一切影響を与えることなく内部接点の
状態を読み出すことができる。図10にそのラダーモニ
タの流れ図を示す。なお、図9において、37はバイパ
スレジスタ、35はインストラクションレジスタ、36
はオプションレジスタをそれぞれ示している。
【0041】以上のように構成すると、プログラマブル
コントローラの基本機能を全て、PLDを用いてハード
ウェアで作成することができる。
【0042】なお、上記実施例では、ラダー図のソース
データからニモニック形式のデータへ、ニモニック形式
のデータをブール代数形式へ、ブール代数形式からPL
Dの配置配線データへと変換する変換手段およびPLD
の配置配線データからブール代数形式へ、ブール代数形
式からニモニック形式のデータへ、ニモニック形式のデ
ータからラダー図のソースデータへと変換する逆変換手
段をプログラミング装置10に備えているが、これらの
変換手段および逆変換手段の内の適宜の形式データへの
変換をプログラマブルコントローラで行うようにしても
良い。
【0043】また、上記実施例では、PLDの内部を髄
時に読み出すために、その手段としてバウンダリスキャ
ン回路を用いているが、PLDの内部を髄時に読み出す
手段としてバウンダリスキャンのようにシリアルでPL
Dの内部を読み出すことができる装置をPLDの外部に
設けているもの、あるいはPLDの全ピンをCPUに並
列接続又はバス接続する回路構成にしてPLDの内部を
随時読み出し得るものにしても良い。
【0044】また、タイマ、カウンタ回路は、ゲートア
レイでなくても、PLDを使っても、標準ロジック回路
を組み合わせても、PLDにチップ入れしても良い。さ
らに、大規模のPLDで1チップでハードウェア式のプ
ログラマブルコントローラを実現する場合にはCPUお
よびゲートアレイの省略も可能である。
【0045】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、プ
ログラマブルコントローラのシーケンス演算処理をPL
Dを用いてハードウェア化することが可能になり、この
ハードウェア化によってサイクルタイムが略0msにな
り、高速で変化する入力信号でも取こぼしが生じなくな
り、応答時間も略0msとなるので高速でバラツキもな
くなる。
【0046】また、ラダー図からPLDの配置配線デー
タへと変換する変換手段を備えることにより、通常のラ
ダー図でプログラムを設計でき、プログラムの設計が慣
れた手法で容易に作成できる。
【0047】さらに、PLDの配置配線データからラダ
ー図へと変換する逆変換手段を備えることにより、PL
Dからその配置配線データを読み出し、ラダー図を復元
することができ、また、PLDの配置配線データに変換
の際、プログラムを小型化するために最適化による論理
圧縮を行っていた場合でも、ラダー図のソースデータ又
はニモニック形式のデータをプログラマブルコントロー
ラのメモリに保持しておくことにより、逆変換時にその
メモリの内容を読み出し、もとのラダー図に復元するこ
とができ、回路状態の理解のしやすいものにすることが
できる。
【0048】また、ゲートアレイに固定のタイマ回路お
よびカウンタ回路を作成し、PLDとゲートアレイの2
チップでプログラマブルコントローラのメイン制御部を
構成することにより、多くのタイマ命令およびカウンタ
命令に対して処理可能な低コストのプログラマブルコン
トローラを得ることができる。
【0049】また、接点モニタはPLDから信号を取り
出すことにより実現でき、タイマおよびカウンタの現在
値、設定値のアクセスはCPUのバスラインに各タイマ
およびカウンタを直結することによって可能になり、こ
れによりPLDを用いてもプログラマブルコントローラ
に必要なモニタを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のプログラマブルコントローラ
のブロック図である。
【図2】説明のためのラダー図の例を示す図である。
【図3】配置配線データのビットマップファイルの例を
示す図である。
【図4】タイマ命令の動作を説明するためのラダー図で
ある。
【図5】図4のラダーのタイムチャート図である。
【図6】カウンタ命令の動作を説明するためのラダー図
である。
【図7】図6のラダーのタイムチャート図である。
【図8】図6のラダー図を接点命令だけに変更したラダ
ー図である。
【図9】バウンダリ・スキャン回路を備えるPLDの概
略構成図である。
【図10】ラダーモニタの流れ図である。
【図11】従来のプログラマブルコントローラのブロッ
ク図である。
【図12】図11のプログラマブルコントローラの流れ
図である。
【符号の説明】
10 プログラミング装置 20 プログラマブルコントローラ 21 PLD 22 テスト・アクセス・ポート(TAP) 23 中央処理装置(CPU) 24 メモリ 25 ゲートアレイ 251 カウンタ回路 252 タイマ回路 253、254 コンパレータ 29 バスライン 30 バウンダリスキャン用信号線 31 クロック発振器 33 セル 34 バウンダリ・スキャンレジスタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プログラミング装置に接続され、PLDを
    備えるプログラマブルコントローラにおいて、ラダー図
    のソースデータをニモニック形式のデータへ、ニモニッ
    ク形式のデータをブール代数形式へ、ブール代数形式を
    PLDの配置配線データへと変換する変換手段を備え、
    前記変換手段の内のいずれかの形式のデータが前記プロ
    グラミング装置から転送されてなることを特徴とするプ
    ログラマブルコントローラ。
  2. 【請求項2】プログラミング装置に接続され、PLDを
    備えるプログラマブルコントローラにおいて、PLDの
    配置配線データをブール代数形式へ、ブール代数形式を
    ニモニック形式のデータへ、ニモニック形式のデータを
    ラダー図のソースデータへと変換する逆変換手段とを備
    え、前記逆変換手段の内のいずれかの形式のデータを前
    記プログラミング装置の要求に応じて前記プログラミン
    グ装置へへ転送することを特徴とするプログラマブルコ
    ントローラ。
  3. 【請求項3】CPUとメモリとPLDとを備えるプログ
    ラマブルコントローラであって、前記プログラマブルコ
    ントローラは前記メモリにラダー図のソースデータ及び
    前記ラダー図のソースデータをニモニック形式に変換し
    たデータのいずれかのデータを前記CPUを介して保存
    するとともに、前記保存したデータを前記CPUを介し
    て随時読み出し可能にしたことを特徴とするプログラマ
    ブルコントローラ。
  4. 【請求項4】複数のカウンタとそれぞれに対応するコン
    パレータ及び/又は複数のタイマとそれぞれに対応する
    コンパレータによって形成されたゲートアレイをPLD
    とCPUに接続してなるプログラマプルコントローラで
    あって、前記カウンタ、タイマ及びコンパレータの各々
    の内容の書き込み、読み出しが前記CPUを介して任意
    になし得ることを特徴とするプログラマプルコントロー
    ラ。
  5. 【請求項5】PLDの内部を随時読み出す手段を有する
    請求項4記載のプログラマブルコントローラ。
JP20897195A 1995-07-12 1995-07-12 プログラマブルコントローラ Pending JPH0926807A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009223668A (ja) * 2008-03-17 2009-10-01 Toshiba Mach Co Ltd ハードウェアロジック部を有するplc
JP2012519853A (ja) * 2009-03-04 2012-08-30 アルカテル−ルーセント 複数のプロセッサを使用するシステム・テスティングの方法および装置

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