Desenvolvimento de Macrocélulas Lógicas Modulares em FPGA para Controle Automatizado de Processos

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Mestre Helbert Ribeiro de Sá

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Abstract

This study describes the Development of Modular Logic Macrocells in FPGA for Automated Process Control. It presents the creation of reusable macrocells, which are hardware blocks synthesized and configured within the FPGA itself, and which can be instantiated multiple times for use in different parts of the process, developed through graphical diagrams (BDF) and VHDL language. The proposal is applied to a didactic plant that simulates a material mixing and transfer process, allowing the exploration of sequential digital control practices. The adopted modular approach aims to facilitate logical implementation, reduce development complexity, and promote greater accessibility to FPGA technology for professionals with different levels of familiarity with hardware description languages. The implemented logic was structured into control stages involving timing, sensor reading, and actuator activation. Practical validation demonstrated the expected functionality of the proposed solution, with stable operation consistent with the defined objectives. The obtained results confirm the feasibility of applying macrocells in didactic automation systems, reinforcing the potential of FPGA use in educational and industrial projects.


Resumo

Este trabalho descreve o Desenvolvimento de Macrocélulas Lógicas Modulares em FPGA para Controle Automatizado de Processos. Ele apresenta a criação de macrocélulas reutilizáveis, que são blocos de hardware sintetizados e configurados na própria FPGA, e que podem ser instanciadas múltiplas vezes para uso em diferentes partes do processo, desenvolvidas por meio de diagramas gráficos (BDF) e linguagem VHDL. A proposta é aplicada a uma planta didática que simula um processo de mistura e transferência de materiais, permitindo explorar práticas de controle digital sequencial. A abordagem modular adotada visa facilitar a implementação lógica, reduzir a complexidade do desenvolvimento e promover maior acessibilidade à tecnologia FPGA por profissionais com diferentes níveis de familiaridade com linguagens de descrição de hardware. A lógica implementada foi estruturada em etapas de controle, envolvendo temporização, leitura de sensores e acionamento de atuadores. A validação prática demonstrou a funcionalidade esperada da solução proposta, com operação estável e coerente com os objetivos definidos. Os resultados obtidos confirmam a viabilidade da aplicação das macrocélulas em sistemas de automação didáticos, reforçando o potencial do uso de FPGAs em projetos educacionais e industriais.

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