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控制器
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：葉連海（）  :  號：傳真機：

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(diào)速、制動和反向的主令裝置。由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。
目錄
1主要分類
2基本功能
3工作原理
4常見種類
? 組合邏輯
? 微程序
? CPU
? LED
? 門禁
? 電動汽車
? 母聯(lián)
? 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)
? 火災(zāi)報警
? pid
? 運動
? 微型
1主要分類
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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(shè)計麻煩，結(jié)構(gòu)復雜，一旦設(shè)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(shè)計方便，結(jié)構(gòu)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(yīng)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(gòu)成，*靠硬件來實現(xiàn)指令的功能。
2基本功能
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數(shù)據(jù)緩沖：由于I/O設(shè)備的速率較低而CPU和內(nèi)存的速率卻很高，故在控制器中必須設(shè)置一緩沖器。在輸出時，用此緩沖器暫存由主機高速傳來的數(shù)據(jù)，然后才以I/O設(shè)備所具有的速率將緩沖器中的數(shù)據(jù)傳送給I/O設(shè)備；在輸入時，緩沖器則用于暫存從I/O設(shè)備送來的數(shù)據(jù)，待接收到一批數(shù)據(jù)后，再將緩沖器中的數(shù)據(jù)高速地傳送給主機。
差錯控制：設(shè)備控制器還兼管對由I/O設(shè)備傳送來的數(shù)據(jù)進行差錯檢測。若發(fā)現(xiàn)傳送中出現(xiàn)了錯誤，通常是將差錯檢測碼置位，并向 CPU報告，于是CPU將本次傳送來的數(shù)據(jù)作廢，并重新進行一次傳送。這樣便可保證數(shù)據(jù)輸入的正確性。
數(shù)據(jù)交換：這是指實現(xiàn)CPU與控制器之間、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。對于前者，是通過數(shù)據(jù)總線，由CPU并行地把數(shù)據(jù)寫入控制器，或從控制器中并行地讀出數(shù)據(jù)；對于后者，是設(shè)備將數(shù)據(jù)輸入到控制器，或從控制器傳送給設(shè)備。為此，在控制器中須設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。
狀態(tài)說明：標識和報告設(shè)備的狀態(tài)控制器應(yīng)記下設(shè)備的狀態(tài)供CPU了解。例如，僅當該設(shè)備處于發(fā)送就緒狀態(tài)時，CPU才能啟動控制器從設(shè)備中讀出數(shù)據(jù)。為此，在控制器中應(yīng)設(shè)置一狀態(tài)寄存器，用其中的每一位來反映設(shè)備的某一種狀態(tài)。當CPU將該寄存器的內(nèi)容讀入后，便可了解該設(shè)備的狀態(tài)。
接收和識別命令：CPU可以向控制器發(fā)送多種不同的命令，設(shè)備控制器應(yīng)能接收并識別這些命令。為此，在控制器中應(yīng)具有相應(yīng)的控制寄存器，用來存放接收的命令和參數(shù)，并對所接收的命令進行譯碼。例如，磁盤控制器可以接收CPU發(fā)來的Read、Write、Format等15條不同的命令，而且有些命令還帶有參數(shù)；相應(yīng)地，在磁盤控制器中有多個寄存器和命令譯碼器等。
地址識別：就像內(nèi)存中的每一個單元都有一個地址一樣，系統(tǒng)中的每一個設(shè)備也都有一個地址，而設(shè)備控制器又必須能夠識別它所控制的每個設(shè)備的地址。此外，為使CPU能向(或從)寄存器中寫入(或讀出)數(shù)據(jù)，這些寄存器都應(yīng)具有*的地址。
3工作原理
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電磁吸盤控制器：交流電壓380V經(jīng)變壓器降壓后，經(jīng)過整流器整流變成110V直流后經(jīng)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(yīng)到卡片。當讀卡器感應(yīng)到卡片后，讀卡器對控制器的巡檢命令產(chǎn)生不同的回復，在這個回復命令中，讀卡器將讀到的感應(yīng)卡內(nèi)碼數(shù)據(jù)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(yīng)卡內(nèi)碼，同設(shè)備內(nèi)存儲的卡片數(shù)據(jù)進行比對，并實施后續(xù)動作。門禁控制器完成接收數(shù)據(jù)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。[1]
4常見種類
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組合邏輯

設(shè)計步驟：
1、設(shè)計機器的指令系統(tǒng)：規(guī)定指令的種類、指令的條數(shù)以及每一條指令的格式和功能；
2、初步的總體設(shè)計：如寄存器設(shè)置、總線安排、運算器設(shè)計、部件間的連接關(guān)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(jù)指令流程圖分解各操作為微操作，按時間段列出機器應(yīng)進行的微操作；
5、列出微操作信號表達式，化簡，電路實現(xiàn)。
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(zhì)，如加法、減法等；地址碼給出本條指令的操作數(shù)地址或形成操作數(shù)地址的有關(guān)信息（這時通過地址形成電路來形成操作數(shù)地址）。有一種指令稱為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)生相應(yīng)的控制電平，完成分析指令的功能。
3、時序電路：用來產(chǎn)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(chǎn)生電路產(chǎn)生完成指令規(guī)定操作的各種微操作命令。這些命令產(chǎn)生的主要依據(jù)是時間標志和指令的操作性質(zhì)。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(xiàn)，它是組合邏輯控制器中zui為復雜的部分。
4、指令計數(shù)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(xiàn)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(zhuǎn)移指令，則下一條要執(zhí)行的指令的地址是要轉(zhuǎn)移到的地址。該地址就在本轉(zhuǎn)移指令的地址碼字段，將其直接送往指令計數(shù)器。
微程序控制器的提出是因為組合邏輯設(shè)計存在不便于設(shè)計、不靈活、不易修改和擴充等缺點。