控製器

控製器

控製器(英文名稱:controller)是指按照預定順序改變主電路或控製電路的接線和改變電路中電阻值來控製電動機的啓動、調速、製動和反向的主令裝置。由程式計數器、指令暫存器、指令解碼器、時序產生器和操作控製器組成,它是發布命令的"決策機構",即完成協調和指揮整個電腦系統的操作。

  • 中文名稱
    控製器
  • 外文名稱
    controller
  • 作用
    按照預定改變主電路或控製電路
  • 特點
    各有長處和短處
  • 設備
    邏輯控製器和微程式控製器

基本簡介

控製器是按照預定順序改變主電路或控製電路的接線和改變電路中電阻值來控製電動機的啓動、調速、製動和反向的主令裝置。            

主要分類

控製器分組合邏輯控製器和微程式控製器,兩種控製器各有長處和短處。組合邏輯控製器設計麻煩,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。微程式控製器設計方便,結構簡單,修改或擴充都方便,修改一條機器指令的功能,隻需重編所對應的微程式;

控製器

要增加一條機器指令,隻需在控製存儲器中增加一段微程式,但是,它是通過執行一段微程式。

具體對比如下:組合邏輯控製器又稱硬布線控製器,由邏輯電路構成,完全靠硬體來實現指令的功能。

組合邏輯

設計步驟

①設計機器的指令系統:規定指令的種類、指令的條數以及每一條指令的格式和功能。

②初步的整體設計:如暫存器設定、匯流排安排、運算器設計、部件間的連線關系等。

③繪製指令流程圖:標出每一條指令在什麽時間、什麽部件進行何種操作。

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)指令暫存器用來存放正在執行的指令。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運算元地址或形成運算元地址的有關信息(這時通過地址形成電路來形成運算元地址)。有一種指令稱為轉移指令,它用來改變指令的正常執行順序,這種指令的地址碼部分給出的是要轉去執行的指令的地址。

(2)操作碼解碼器:用來對指令的操作碼進行解碼,產生相應的控製電平,完成分析指令的功能。

(3)時序電路:用來產生時間標志信號。在微型電腦中,時間標志信號一般為三級:指令周期、匯流排周期和時鍾周期。微操作命令產生電路產生完成指令規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製信號表達式(如上面的A→L表達式)的電路實現,它是組合邏輯控製器中最為復雜的部分。(4)指令計數器:用來形成下一條要執行的指令的地址。通常,指令是順序執行的,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。如果執行的是轉移指令,則下一條要執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欄位,因此將其直接送往指令計數器。

控製器

微程式控製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。

程式控製

微程式控製的基本思路

微程式控製(簡稱微碼控製)的基本思路是:用微指令產生微操作命令,用若幹條微指令組成一段微程式實現一條機器指令的功能(為了加以區別,將前面所講的指令稱為機器指令)。設機器指令M執行時需要三個階段,每個階段需要發出如下命令:階段一傳送K1、K8命令,階段二傳送K0、K2、K3、K4命令,階段三傳送K9命令。當將第一條微指令送到微指令暫存器時,微指令暫存器的K1和K8為1,即發出K1和K8命令,該微指令指出下一條微指令地址為00101,從中取出第二條微指令,送到微指令暫存器時將發出K0、K2、K3、K4命令,接下來是取第三條微指令,發K9命令。

微程式控製器的組成

(1)控製存儲器(contmlMemory)用來存放各機器指令對應的微程式。解碼器用來形成機器指令對應的微程式的入口地址。當將一條機器指令對應的微程式的各條微指令逐條取出,並送到微指令暫存器時,其微操作命令也就按事先的設計發出,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式控製器的寬度。為了簡化控製存儲器,可採取一些措施來縮短微指令的寬度。如採用欄位解碼法一級分段解碼。顯然,微指令的控製欄位將大大縮短。,一些要同時產生的微操作命令不能安排在同一個欄位中。為了進一步縮短控製欄位,還可以將欄位解碼設計成兩級或多級。

控製器

相關簡介

CPU控製器

控製器是整個CPU的指揮控製中心,由指令暫存器IR(InstructionRegister)、程式計數器PC(ProgramCounter)和操作控製器0C(OperationController)三個部件組成,對協調整個電腦有序工作極為重要。

指令暫存器

指令暫存器:用以儲存當前執行或即將執行的指令的一種暫存器。指令內包含有確定操作類型的操作碼和指出運算元來源或去向的地址。指令長度隨不同電腦而異,指令暫存器的長度也隨之而異。電腦的所有操作都是通過分析存放在指令暫存器中的指令後再執行的。指令暫存器的輸人端接收來自存儲器的指令,指令暫存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到解碼電路進行分析,指出本指令該執行何種類型的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址後再送到存儲器,作為取數或存數的地址。存儲

器可以指主存、高速快取或暫存器堆等用來儲存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時,先把它從記憶體取到資料暫存器(DR)中,然後再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼欄位,由二進位數位組成。為了執行任何給定的指令,必須對操作碼進行測試,以便識別所要求的操作。指令解碼器就是做這項工作的。指令暫存器中操作碼欄位的輸出就是指令解碼器的輸入。操作碼一經解碼後,即可向操作控製器發出具體操作的特定信號。

控製器

程式計數器

程式計數器:指明程式中下一次要執行的指令地址的一種計數器,又稱指令計數器。它兼有指令地址暫存器和計數器的功能。當一條指令執行完畢的時候,程式計數器作為指令地址暫存器,其內容必須已經改變成下一條指令的地址,從而使程式得以持續運行。為此可採取以下兩種辦法:

第一種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執行過程中將這個地址送人指令地址暫存器即可達到程式持續運行的目的。這個方法適用于早期以磁鼓、延遲線等串列裝置作為主存儲器的電腦。根據本條指令的執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,從而收到提高程式運行速度的效果。

第二種辦法是順序執行指令。一個程式由若幹個程式段組成,每個程式段的指令可以設計成順序地存放在存儲器之中,所以隻要指令地址暫存器兼有計數功能,在執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電腦。當程式的運行需要從一個程式段轉向另一個程式段時,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式段入口指令的地址。執行轉移指令時將這個地址送人程式計數器(此時隻作為指令地址暫存器,不計數)作為下一條指令的地址,從而達到轉移程式段的目的。子程式的調用、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後,第二種辦法的整體運行效果大大地優于第一種辦法,因而順序執行指令已經成為主流電腦普遍採用的辦法,程式計數器就成為中央處理器不可或缺的一個控製部件

控製器

操作控製器

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資料的流動控製部件的實現。通常把許多數位部件之間傳送信息的通路稱為“資料通路”。信息從什麽地方開始,中間經過哪個暫存器或多路開關,最後傳到哪個暫存器,都要加以控製。在各暫存器之間建立資料通路的任務,是由稱為“操作控製器”的部件來完成的。

操作控製器的功能就是根據指令操作碼和時序信號,產生各種操作控製信號,以便正確地建立資料通路,從而完成取指令和執行指令的控製。

工作原理

有兩種由于設計方法不同因而結構也不同的控製器。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製信號(稱為微操作控製信號或微操作命令)。一台數位電腦基本上可以劃分為兩大部分---控製部件和執行部件。控製器就是控製部件,而運算器、存儲器、外圍設備相對控製器來說就是執行部件。控製部件與執行部件的一種聯系就是通過控製線。控製部件通過控製線向執行部件發出各種控製命令,通常這種控製命令叫做微命令,而執行部件接受微命令後所執行的操作就叫做微操作。

控製部件與執行部件之間的另一種聯系就是反饋信息。執行部件通過反饋線向控製部件反映操作情況,以便使得控製部件根據執行部件的狀態來下達新的微命令,這也叫做“狀態測試”。微操作在執行部件中是組基本的操作。由于資料通路的結構關系,微操作可分為

控製器

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製和順序控製兩部分構成。操作控製部分用來發出管理和指揮全機工作的控製信號。其順序控製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式。既然微程式是有微指令組成的,那麽當執行當前的一條微指令的時候。必須指出後繼微指令的地址,以便當前一條微指令執行完畢以後,取下一條微指令執行。

LED控製器

LED控製器(LED controller)就是通過晶片處理控製LED燈電路中的各個位置的開關

低壓型LED產品控製器

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,優點是低壓,結構簡單,容易設計;缺點是:產品規模大時電流很大,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,控製器設計規格:12V的選用75A/30V MOS功率管控製,輸出電流8A/路;24-36V選用60A/50V MOS功率管控製,輸出電流5A/路。

使用者可以根據以上規格選定控製器的路數,跳變的可以選購NE20低壓系列、漸變的選購NE10低壓系列控製器即可。註意LED的必須是共陽(+)極連線法,控製器控製陰(-)極,控製器不包括低壓電源

高壓型LED產品控製器

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,這種接法在目前是最穩定可靠;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,隻能用在穩定的長亮狀態,如果閃動電容儲能,反而電壓加倍,LED容易損壞。

凡是使用控製器的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。常用漸變控製器NE112K控製直流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,如果隻需要整體閃動就使用NE103D。如果使用漸變方式,要註意負載匹配,霓虹燈和LED的發光分布特徵不一樣,同一回路不能混接不同類型的負載。

低壓串列控製器

低壓型LED產品串列控製器的特點是控製路數多,利用串列信號傳輸達到控製的目的,一般512單元的控製隻需要4條控製連線,串列LED控製器需要在LED的光源板配有暫存器,控製器可選用型號NE040S控製器,該控製器的最大容量達到4096KBit,如果負載512單元的LED可以最大實現8192楨畫面。

控製器

還有就是安全行業所使用的控製器,控製探測器在各工作區間內監測氣體的一種設備。

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