控制器的原理及應用介紹

時間：2018-09-27作者：上海祥樹歐茂機電設備有限公司瀏覽：401

控制器（英文名稱：controller）是指按照預定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機的啟動、調速、制動和反向的主令裝置。由程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機構”，即完成協調和指揮整個計算機系統的操作。
中文名 控制器 外文名 controller 作    用 按照預定改變主電路或控制電路 設    備 邏輯控制器和微程序控制器 特    點 各有長處和短處
目錄
1 主要分類
2 工作原理
3 常見種類
? 組合邏輯
? 微程序
? CPU
? LED
? 門禁
? 電動汽車
? 火災報警
? pid
? 母聯
? 自動轉換開關
? 運動
? 微型
4 基本功能
5 發(fā)展新格局
主要分類編輯
控制器分組合邏輯控制器和微程序控制器，兩種控制器各有長處和短處。組合邏輯控制器設計麻煩，結構復雜，一旦設計完成，就不能再修改或擴充，但它的速度快。微程序控制器設計方便，結構簡單，修改或擴充都方便，修改一條機器指令的功能，只需重編所對應的微程序；要增加一條機器指令，只需在控制存儲器中增加一段微程序，但是，它是通過執(zhí)行一段微程。具體對比如下：組合邏輯控制器又稱硬布線控制器，由邏輯電路構成，完全靠硬件來實現指令的功能。
工作原理編輯
電磁吸盤控制器：交流電壓380V經變壓器降壓后，經過整流器整流變成110V直流后經控制裝置進入吸盤此時吸盤被充磁，退磁時通入反向電壓線路，控制器達到退磁功能。
門禁控制器：門禁控制器工作在兩種模式之下。一種是巡檢模式，另一種是識別模式。在巡檢模式下，控制器不斷向讀卡器發(fā)送查詢代碼，并接收讀卡器的回復命令。這種模式會一直保持下去，直至讀卡器感應到卡片。當讀卡器感應到卡片后，讀卡器對控制器的巡檢命令產生不同的回復，在這個回復命令中，讀卡器將讀到的感應卡內碼數據傳送到門禁控制器，使門禁控制器進入到識別模式。在門禁控制器的識別模式下，門禁控制器分析感應卡內碼，同設備內存儲的卡片數據進行比對，并實施后續(xù)動作。門禁控制器完成接收數據的動作后，會發(fā)送命令回復讀卡器，使讀卡器恢復狀態(tài)，同時，門禁控制器重新回到巡檢模式。
常見種類編輯
組合邏輯
設計步驟：
1、設計機器的指令系統：規(guī)定指令的種類、指令的條數以及每一條指令的格式和功能；
2、初步的總體設計：如寄存器設置、總線安排、運算器設計、部件間的連接關系等；
3、繪制指令流程圖：標出每一條指令在什么時間、什么部件進行何種操作；
4、編排操作時間表：即根據指令流程圖分解各操作為微操作，按時間段列出機器應進行的微操作；
5、列出微操作信號表達式，化簡，電路實現。
基本組成：
1、指令寄存器用來存放正在執(zhí)行的指令。指令分成兩部分：操作碼和地址碼。操作碼用來指示指令的操作性質，如加法、減法等；地址碼給出本條指令的操作數地址或形成操作數地址的有關信息（這時通過地址形成電路來形成操作數地址）。有一種指令稱為轉移指令，它用來改變指令的正常執(zhí)行順序，這種指令的地址碼部分給出的是要轉去執(zhí)行的指令的地址。
2、操作碼譯碼器：用來對指令的操作碼進行譯碼，產生相應的控制電平，完成分析指令的功能。
3、時序電路：用來產生時間標志信號。在微型計算機中，時間標志信號一般為三級：指令周期、總線周期和時鐘周期。微操作命令產生電路產生完成指令規(guī)定操作的各種微操作命令。這些命令產生的主要依據是時間標志和指令的操作性質。該電路實際是各微操作控制信號表達式（如上面的A→L表達式）的電路實現，它是組合邏輯控制器中較為復雜的部分。
4、指令計數器：用來形成下一條要執(zhí)行的指令的地址。通常，指令是順序執(zhí)行的，而指令在存儲器中是順序存放的。所以，一般情況下下一條要執(zhí)行的指令的地址可通過將現行地址加1形成，微操作命令“1”就用于這個目的。如果執(zhí)行的是轉移指令，則下一條要執(zhí)行的指令的地址是要轉移到的地址。該地址就在本轉移指令的地址碼字段，將其直接送往指令計數器。
微程序控制器的提出是因為組合邏輯設計存在不便于設計、不靈活、不易修改和擴充等缺點。
微程序
微程序控制(簡稱微碼控制)的基本思路是：用微指令產生微操作命令，用若干條微指令組成一段微程序實現一條機器指令的功能（為了加以區(qū)別，將**所講的指令稱為機器指令）。設機器指令M執(zhí)行時需要三個階段，每個階段需要發(fā)出如下命令：階段一發(fā)送K1、K8命令，階段二發(fā)送K0、K2、K3、K4命令，階段三發(fā)送K9命令。當將**條微指令送到微指令寄存器時，微指令寄存器的K1和K8為1，即發(fā)出K1和K8命令，該微指令指出下一條微指令地址為00101，從中取出*二條微指令，送到微指令寄存器時將發(fā)出K0、K2、K3、K4命令，接下來是取*三條微指令，發(fā)K9命令。
微程序控制器的組成：
1、控制存儲器（contmlMemory）用來存放各機器指令對應的微程序。譯碼器用來形成機器指令對應的微程序的入口地址。當將一條機器指令對應的微程序的各條微指令逐條取出，并送到微指令寄存器時，其微操作命令也就按事先的設計發(fā)出，因而也就完成了一條機器指令的功能。對每一條機器指令都是如此。
2、微指令的寬度直接決定了微程序控制器的寬度。為了簡化控制存儲器，可采取一些措施來縮短微指令的寬度。如采用字段譯碼法一級分段譯碼。顯然，微指令的控制字段將大大縮短。，一些要同時產生的微操作命令不能安排在同一個字段中。為了進一步縮短控制字段，還可以將字段譯碼設計成兩級或多級。
CPU
控制器是指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協調工作的部件，是計算機的神經**和指揮中心，由指令寄存器IR（InstructionRegister）、程序計數器PC（ProgramCounter）和操作控制器0C（OperationController）三個部件組成，對協調整個電腦有序工作較為重要。
指令寄存器：用以保存當前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令的一種寄存器。指令內包含有確定操作類型的操作碼和指出操作數來源或去向的地址。指令長度隨不同計算機而異，指令寄存器的長度也隨之而異。計算機的所有操作都是通過分析存放在指令寄存器中的指令后再執(zhí)行的。指令寄存器的輸人端接收來自存儲器的指令，指令寄存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到譯碼電路進行分析，指出本指令該執(zhí)行何種類型的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存儲器，作為取數或存數的地址。
存儲器可以指主存、高速緩存或寄存器棧等用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存取到數據寄存器（DR）中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成。為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。
程序計數器：指明程序中下一次要執(zhí)行的指令地址的一種計數器，又稱指令計數器。它兼有指令地址寄存器和計數器的功能。當一條指令執(zhí)行完畢的時候，程序計數器作為指令地址寄存器，其內容必須已經改變成下一條指令的地址，從而使程序得以持續(xù)運行。
為此可采取以下兩種辦法：
**種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執(zhí)行過程中將這個地址送人指令地址寄存器即可達到程序持續(xù)運行的目的。這個方法適用于早期以磁鼓、延遲線等串行裝置作為主存儲器的計算機。根據本條指令的執(zhí)行時間恰當地決定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時間，從而收到提高程序運行速度的效果。
*二種辦法是順序執(zhí)行指令。一個程序由若干個程序段組成，每個程序段的指令可以設計成順序地存放在存儲器之中，所以只要指令地址寄存器兼有計數功能，在執(zhí)行指令的過程中進行計數，自動加一個增量，就可以形成下一條指令的地址，從而達到順序執(zhí)行指令的目的。這個辦法適用于以隨機存儲器作為主存儲器的計算機。當程序的運行需要從一個程序段轉向另一個程序段時，可以利用轉移指令來實現。轉移指令中包含了即將轉去的程序段入口指令的地址。執(zhí)行轉移指令時將這個地址送人程序計數器(此時只作為指令地址寄存器，不計數)作為下一條指令的地址，從而達到轉移程序段的目的。子程序的調用、中斷和陷阱的處理等都用類似的方法。在隨機存取存儲器普及以后，*二種辦法的整體運行效果大大地****種辦法，因而順序執(zhí)行指令已經成為主流計算機普遍采用的辦法，程序計數器就成為*處理器不可或缺的一個控制部件。
CPU內的每個功能部件都完成一定的特定功能。信息在各部件之間傳送及數據的流動控制部件的實現。通常把許多數字部件之間傳送信息的通路稱為“數據通路”。信息從什么地方開始，中間經過哪個寄存器或多路開關，最后傳到哪個寄存器，都要加以控制。在各寄存器之間建立數據通路的任務，是由稱為“操作控制器”的部件來完成的。
操作控制器的功能就是根據指令操作碼和時序信號，產生各種操作控制信號，以便正確地建立數據通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。
有兩種由于設計方法不同因而結構也不同的控制器。微操作是指不可再分解的操作，進行微操作總是需要相應的控制信號(稱為微操作控制信號或微操作命令)。一臺數字計算機基本上可以劃分為兩大部分---控制部件和執(zhí)行部件。控制器就是控制部件，而運算器、存儲器、外圍設備相對控制器來說就是執(zhí)行部件?？刂撇考c執(zhí)行部件的一種聯系就是通過控制線。控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常這種控制命令叫做微命令，而執(zhí)行部件接受微命令后所執(zhí)行的操作就叫做微操作?？刂撇考c執(zhí)行部件之間的另一種聯系就是反饋信息。執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況，以便使得控制部件根據執(zhí)行部件的狀態(tài)來下達新的微命令，這也叫做“狀態(tài)測試”。微操作在執(zhí)行部件中是組基本的操作。由于數據通路的結構關系，微操作可分為
相容性和相斥性兩種。在機器的一個CPU周期中，一組實現一定操作功能的微命令的組合，構成一條微指令。一般的微指令格式由操作控制和順序控制兩部分構成。操作控制部分用來發(fā)出管理和指揮全機工作的控制信號。其順序控制部分用來決定產生下一個微指令的地址。事實上一條機器指令的功能是由許多條微指令組成的序列來實現的。這個微指令序列通常叫做微程序。既然微程序是有微指令組成的，那么當執(zhí)行當前的一條微指令的時候。必須指出后繼微指令的地址，以便當**條微指令執(zhí)行完畢以后，取下一條微指令執(zhí)行。
LED
LED控制器(LED controller)就是通過芯片處理控制LED燈電路中的各個位置的開關。
低壓型LED產品控制器：
低壓型LED產品一般設計電壓12V-36V,每個回路LED數量3-6個串聯，用電阻降壓限流，每個回路電流20mA以下。一個LED產品由多個回路的 LED組成，優(yōu)點是低壓，結構簡單，容易設計；缺點是：產品規(guī)模大時電流很大，需要配置低壓開關電源。由于產品的缺點所限，低壓不可能遠距離輸電，都是局限于體積不大的產品上，如招牌文字、小圖案等。根據這個特點，控制器設計規(guī)格：12V的選用75A/30V MOS功率管控制，輸出電流8A/路；24-36V選用60A/50V MOS功率管控制，輸出電流5A/路。用戶可以根據以上規(guī)格選定控制器的路數，跳變的可以選購NE20低壓系列、漸變的選購NE10低壓系列控制器即可。注意LED的必須是共陽(+)較連接法，控制器控制陰(-)較，控制器不包括低壓電源
高壓型LED產品控制器：
高壓型LED產品設計電壓是交流/直流220V電壓，每個回路LED數量36-48個串聯，每個回路電流20mA以下，限流方式有兩種，一種是電阻限流，這種方式電阻功耗較大，建議使用每4個LED串接一個1/4W金屬模電阻，均勻分布散熱，這種接法是較穩(wěn)定可靠；另一種是電阻電容串聯限流，這種接法大部分電壓降在電容上，電阻功耗小，只能用在穩(wěn)定的長亮狀態(tài)，如果閃動電容儲能，反而電壓加倍，LED容易損壞。凡是使用控制器的LED必須使用電阻限流方式，LED一般每個回路一米，功率5W，三色功率每米15W。常用漸變控制器NE112K控制直流1200W，NE103D交流負載4500W直流負載1500W，如果燈管閃動單元多就使用NE112K，如果只需要整體閃動就使用NE103D。如果使用漸變方式，要注意負載匹配，霓虹燈和LED的發(fā)光分布特性不一樣，同一回路不能混接不同類型的負載。
低壓串行控制器：
低壓型LED產品串行控制器的特點是控制路數多，利用串行信號傳輸達到控制的目的，一般512單元的控制只需要4條控制連線，串行LED控制器需要在LED的光源板配有寄存器，控制器可選用型號NE040S控制器，該控制器的較大容量達到4096KBit,如果負載512單元的LED可以較大實現8192楨畫面。
還有就是安全行業(yè)所使用的控制器，控制探測器在各工作區(qū)間內監(jiān)測氣體的一種設備。
門禁
門禁控制器就是門禁系統的**，對出入口通道進行管制的系統大腦，它是在傳統的門鎖基礎上發(fā)展而來的。門控制器是讀卡和控制合二為一的門禁控制產品，有獨立型的也有聯網型的。簡單而言，門禁控制器就是集門禁控制板、讀卡器于一體的機器，高檔點的還包括鍵盤跟顯示屏，只需要接上電源就可以當完整的門禁系統使用了。
門控制器的分類：
1、按照門控制器和管理電腦的通訊方式分為：RS485聯網型門控制器、TCP/IP網絡型門控制器、不聯網門控制器。
1）不聯網門控制器，就是一個機子管理一個門，不能用電腦軟件進行控制，也不能看到記錄，直接通過控制器進行控制。特點是價格便宜，安裝維護簡單，不能查看記錄，不適合人數量多于50或者人員經常流動（指經常有人入職和離職）的地方，也不適合門數量多于5的工程。
2）485聯網門控制器，就是可以和電腦進行通訊的門禁類型，直接使用軟件進行管理，包括卡和事件控制。所以有管理方便、控制集中、可以查看記錄、對記錄進行分析處理以用于其它目的。特點是價格比較高、安裝維護難道加大，但培訓簡單，可以進行考勤等增值服務。適合人多、流動性大、門多的工程。
3）TCP/IP網絡門控制器，也叫以太網聯網門禁，也是可以聯網的門禁系統，但是通過網絡線把電腦和控制器進行聯網。除具有485門禁聯網的全**點以外，還具有速度較快，安裝較簡單，聯網數量較大，可以跨地域或者跨城聯網。但存在設備價格高，需要有電腦網絡知識。適合安裝在大項目、人數量多、對速度有要求、跨地域的工程中。
2、按照每臺控制器控制的門的數量可以分為：單門控制器、雙門控制器、四門控制器及多門控制器。
3、控制器根據每個門可接讀卡器的數量分為：單向控制器、雙向控制器。
注：如果一個門，進門刷卡，出門按按鈕，控制器對于每個門只能接一個讀卡器，叫單向控制器。
如果一個門，進門刷卡，出門也刷卡（也可以接出門按鈕），每個控制器對于每個門可以接兩個讀卡器，一個是進門讀卡器，一個是出門讀卡器，叫雙向控制器。

上海祥樹歐茂機電設備有限公司專注于工業(yè)自動化控制設備,儀器儀表,其它開關元件等

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