可编程微处理器(PLC)以其运行的可靠性、操作的简易性、控制的灵活性等诸多优点在工业控制领域得到越来越广泛的应用，在工控产品中占有绝对的市场份额并仍有广阔的市场前景。而作为PLC的核心-PLC微处理器，目前国内外绝大多数厂家还采用商用通用微处理器或者通用处理器和布尔协处理器相结合的形式，不符和当前工业控制领域越来越高的实时性和稳定性要求。 本文通过仔细分析目前PLC程序及操作指令、操作数的特点，指出目前PLC常用微处理器的缺陷，并根据当前国际PLC标准IEC61131-3以及PLC系统设计的要求，提出了基于RISC架构的PLC专用微处理器的设计方案。该PLC微处理器软核用VHDL硬件描述语言设计，在内部把专门设计的布尔处理器和AVR核有机的结合在一起，其指令系统集成了条件执行的PLC专用指令和工程技术人员熟悉的AVR指令，在提高PLC应用程序运算的速度同时又大大降低了PLC操作系统固核和PLC功能块的设计难度。 文中详细阐述了上述指令系统的指令格式和二级指令处理流水线思想，并以此设计出PLC微处理器的各个数据通道和控制单元，特别是内部用于逻辑处理的存储器位接口单元和布尔处理器单元的设计对PLC性能的提高有极为重要的意义。 最后，对PLC微处理器的软核进行了综合和波形仿真，并结合PLC控制程序实例在FPGA上进行了验证，并把验证结果和当前著名的PLC产品进行了性能比较，其功能达到预期设计目标。PLC微处理器的研究为后续的相关产品开发和设计奠定了坚实的基础。