第6章控制器原理
主要内容：控制器的基本功能、控制器的基本组成、指令的执行过程、组合逻辑控制器组成原理与实现方法、微程序控制器组成原理与实现方法、控制方式。
重点：指令的执行过程，组合逻辑控制器的组成原理与设计方法，微程序控制器的设计方法，微指令的格式，微程序流的控制。
难点：指令的执行过程，组合逻辑控制器的组成原理与设计方法，微程序控制器的设计方法，微指令的格式，微程序流的控制。
控制器是计算机系统的指挥中心，它把运算器、存储器、输入/输出设备等部件组成一个有机的整体，然后根据指令的要求指挥全机各部分的工作。
6.1 控制器的基本功能及结构
6.1.1 控制器的功能
计算机之所以能快速、自动、连续工作，是由于控制器在程序的要求下不断对机器控制的结果。控制器的作用就是控制程序的执行，它必须具有以下基本功能：
1．取指令
2．分析指令
3．执行指令
4．控制程序和数据的输入与结果输出
5．随机事件和某些特殊请求的处理
图6-1 控制器基本结构
6.1.2 控制器的组成
控制器是计算机的指挥中心，影响其组成的因素很多，如微操作序列部件的组成、指令系统与指令格式、控制方式等，尽管如此，但控制器的基本工作过程、基本组成还是相同的。图6-1是控制器的基本组成框图，主要包括以下几部分。
1．指令部件
指令部件的主要任务是完成取指令并分析指令。包括以下部分：
（1）程序计数器PC：程序计数器又称指令计数器，用来存放当前指令或接下来要执行的指令的地址。
（2）指令寄存器IR：指令寄存器用来存放从存储器中取出的指令。
（3）指令译码器ID：指令译码器的功能是对指令寄存器中的指令操作码进行分析、解释，并产生相应的控制信号送给微操作形成部件。
2．时序部件
时序部件能产生一定的时序信号，以保证计算机的各功能部件有节奏的运行。
（1）脉冲源：用来产生一定频率和宽度的时钟脉冲信号作为整个机器的基准时序脉冲（也称为机器的主脉冲）。
（2）启停线路：可靠地开放或封锁脉冲，实现对计算机安全可靠的启动和停机。
（3）节拍信号发生器：其主要功能是按时间先后次序，周而复始地发出各个机器周期中的节拍信号，用来控制计算机完成每一步微操作。
3．微操作信号发生器
微操作是一个指令周期中最基本的不可再分割的操作，不同的机器指令具有不同的微操作序列。微操作信号发生器就是用来产生微操作序列。
4．中断机构
响应和处理中断的逻辑线路称为中断机构，负责处理异常情况和特殊请求。
由于大规模集成电路的发展，目前计算机的体系结构已有了很大的发展，一些先进的技术已引入计算机系统中，如指令预取、流水线等，在后面的章节中我们将在图6-1的基础上逐步介绍。
6.2 指令的执行过程
6.2.1 时序系统
时序系统是控制器的心脏，其功能是为指令的执行提供各种定时信号，通常由周期（分指令周期和机器周期两种）、节拍和工作脉冲组成。
1．指令周期和机器周期
指令周期—指执行一条指令（包括取指令、分析指令和执行指令）所需的全部时间，不同指令的指令周期是不同的。
机器周期—又可称作CPU周期，通常它是主存储器的一个访问周期。
2．节拍
在每个机器周期内要执行若干个微操作，这些操作可能需要分成几步完成，例如按变址方式读取操作数，先要进行变址运算才能访存读取。所以应把一个机器周期分为若干个相等的时间段，以便对应一个机器周期中规定的微操作，这样的每个时间段都对应一个电位信号，称为节拍电位信号。“节拍”是计算机操作的最小时间单位，又可称作时钟周期或T周期。
3．工作脉冲
节拍电位信号提供了一项操作所需要的时间分段，它是信息的载体，在数据通路传输中起着开门或关门的作用，但在一个节拍中，有的操作还需要严格的定时脉冲，如将稳定的运算结果打入寄存器、机器周期状态切换等。所以在一个节拍之内往往还需要设置几个工作脉冲，作为各种同步脉冲的来源。
微操作控制信号
图6-2 模型机的数据通路
6.2.2 指令的执行过程
一条指令的执行通常都可以分为三个阶段，即取指令、分析指令和执行指令。 1．取指令
具体的操作如下：
（1）将程序的启动地址，即第一条指令的地址置于程序计数器PC 中。
（2）将PC 中的内容送至主存的地址寄存器MAR ，并送地址总线AB 。 （3）向存储器发读命令。读取指令时CPU 是空闲的，利用这段时间完成PC+△的操作，为指令的连续运行做准备。
（4）从主存中取出的指令经过主存的数据寄存器MDR ，再经过数据总线进入CPU 中的指令寄存器中。
2．分析指令
取出指令后指令译码器对保存在IR 中的指令操作码进行译码，产生译码信号并送微操作序列形成部件，进而产生微操作序列送运算器、存储器、外设及控制器本身。
3．执行指令
根据分析指令阶段所产生的微操作序列，控制运算器、存储器、外设及控制器本身完成指令规定的各种操作。 6.2.3 指令的执行过程举例
我们知道，控制器在实现一条指令的功能时，总是把每条指令分解成一系列时间上先后有序的最基本、最简单的微操作，即微操作序列。通过一个简单的模型机来看具体指令的执行过程，即指令的微操作序列。 1．数据通路
假设某机的数据通路如图6-2所示。其中ALU 为运算器，Y 为其输入端的一个暂存器，Z 用来保存其输出结果；PC 为程序计数器；IR 、ID 分别为指令寄存器和指令译码器；MAR 、MDR 分别为存储地址寄存器和存储数据寄存器；R 0至R N-1为模型机的N 个寄存器。
2．加法指令ADD R1，[NUM] 这条指令完成的功能是将指令中出现的地址NUM 送到主存以取得第一个操作数，再与R1的内容相加，最后将结果送回R1中。即实现：（NUM ）+（R1）→R 1
相应的微操作如下：
（1）PC out 、MAR in 、READ 、
在数据没取出的间隙进行PC+1（0→Y ，1→C 0，ADD ，Z in ）；
（2）Z out 、PC in 、WMFC （等待存储功能完成）；
（3）MDR out 、IR in ；
（4）IR （D ）out 、MAR in 、READ ； （5）R1out 、Y in 、WMFC ； （6）MDR out 、ADD 、Z in ； （7）Z out 、R1in ； （8）END 。
3．转移指令JZ A
这是一条条件转移指令，若上次运算结果为0（ZF=1），就转移，转移地址为A ；若上次运算结果不为0（ZF=0），就顺序执行下一条指令。相应的微操作序列如下：
（1）PC out 、MAR in 、READ 、在数据没取出的间隙进行PC+1（0→Y ，1→C0，ADD ，Z in ）；
（2）Z out 、PC in 、WMFC （等待存储功能完成）； （3）MDR out 、IR in
（4）IF ZF=1 THEN IR （D ）out 、PC in
（5）END 。
6.3 硬布线控制器的组成原理与实现方法
硬布线控制器又称为组合逻辑控制器，是早期设计计算机的一种方法。 6.3.1 硬布线控制器的组成原理
1．硬布线控制器的原理
图6-3是硬布线控制器的结构方框图。逻辑网络的输入信号来源有三个：（1）指令操作码译码器的输出I n ；（2）来自时序发生器的节拍电位信号Tk ；（3）来自执行部件的反馈信号Bj 。逻辑网络的输出信号就是微操作控制信号，用来对执行部件进行控制。
Cm=f （In ，Mi ，Tk ，Bj ）
2．组合逻辑控制器的设计步骤： （1）绘制指令流程图 以指令为线索，按指令类型分类，将每条指令归纳成若干微操作，然后根据操作的先后次序画出流程图。
（2）安排指令操作时间表
指令流程图的进一步具体化，把每一条指令的微操作序列分配到各个机器周期的各个时序节拍信号上。要求尽量多地安排公共操作，避免出现互斥。
（3）安排微命令表
以微命令为依据，表示在哪个机器周期的哪个节拍有哪些指令要求这些微命令。 （4）进行微操作逻辑综合
根据微操作时间表，将执行某一微操作的所有条件（哪条指令、哪个机器周期、哪个节拍和脉冲等）都考虑在内，加以分类组合，列出各微操作产生的逻辑表达式，并加以简化。
图6-3 硬布线控制器的结构方框图
（5）实现电路
根据上面所得逻辑表达式，用逻辑门电路的组合或PLA电路来实现。
图6-4 模型机的数据通路
6.3.2 硬布线控制器设计实例
以一个简单的模型机为例来讨论硬布线控制器的设计。
1．模型机的数据通路
模型机的数据通路如图6-4所示，全机采用单总线结构。
2．模型机的指令系统
模型机的指令系统包括5条指令，包括输入/输出指令IN和OUT，算术指令ADD，数据传送指令STA和控制转移指令JMP，其指令格式如下：
助记符机器指令码说明
IN 0000 0000 ×××× ××××开关状态→R0
ADD addr 0001 0000 ×××× ××××R0+[ addr]→R0
STR addr 0010 0000 ×××× ××××R0→[addr]
OUT addr 0011 0000 ×××× ××××[addr]→BUS
JMP addr 0100 0000 ×××× ××××addr→PC 其中IN为单字节，其余为双字节指令，×××× ××××为addr对应的二进制地址码。
3．绘制指令流程图
根据模型机的5条指令所完成的功能及模型机的数据通路，绘制出指令的流程图见图
6-5。假设指令的执行采用统一节拍法，即无论简单还是复杂，都采用8个节拍来完成。
图6-5模型机的指令流程图
4．安排指令的操作时间表
表6-1是指令的操作时间表，实际是将指令流程图进一步细化，详细列出每个节拍应做的操作，要求尽量多地安排公共操作。
5．安排指令的微命令表
表6-2是指令的微命令表，实际是以微操作为依据，详细列出在哪个节拍有哪些指令要求这个微命令。
表6-2 指令的微命令表
6．进行微操作信号综合
如：SW-B=T0 +T7·IN
LDPC=T0+T1+T3+T7·JMP
CE=T2+T4+T5·（ADD+STA+OUT）+T7·JMP
7．实现电路
根据上述列出的各微操作控制信号的逻辑表达式，可画出相应的逻辑电路图，并用逻辑门电路实现之。例如，CE逻辑如图6-6所示。
6.4 微程序控制器的组成原理与实现方法
6.4.1 微程序控制器的基本原理
微程序控制器的设计思想是由英国剑桥大学的教授威尔克斯（Wilkes）于1951年首先提出来的，同硬布线控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在
计算机设计中逐渐取代了早期采用的硬布线控制器，并已被广泛地应用。在计算机系统中，微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。
1．有关的术语和概念
（1）微命令：构成控制信号序列的最小单位。通常是指那些能直接作用于某部件控制门的命令，如：打开或关闭某部件通路的控制门的电位，某寄存器、触发器的打入脉冲等。微命令由控制部件通过控制总线箱执行部件发出。
（2）微操作：由微命令控制实现的最基本的操作。
微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的执行过程。在计算机内部实质上是同一个信号，对控制部件为微命令，对执行部件为微操作。很多情况下两者常常不加区分地使用。
（3）微指令：一组实现一定操作功能的用二进制编码表示的微命令的组合。 （4）微周期：从控制存储器读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。 （5）微程序：一系列微指令的有序集合。 2．微程序控制器原理框图
微程序控制器原理框图如图6-7所示。它主要由控制存储器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。
（1）控制存储器
控制存储器用来实现整个指令系统的所有微程序。
（2）微指令寄存器
微指令寄存器用来存放从控制存储器读出的当前微指令。微指令中包含两个字段：微操作控制字段和微地址字段。
（3）微地址寄存器
微地址寄存器用来存放将要访问的下一条微指令的地址。
（4）地址转移逻辑
地址转移逻辑用来形成即将要执行的微指令的地址。
3．微程序控制器执行过程描述 在采用微程序控制的计算机中，若整个指令系统对应的微程序已放入控制存储器中，则它的执行过程可描述如下：
（1）从控制存储器中逐条取出“取机器指令”用的微指令，执行取指令公共操作，执行完后，从主存中取出的机器指令就已存入指令寄存器中了。一般取指令微程序的入口地址为控制存储器的0号单元。
（2）根据指令寄存器中的操作码，经过微地址形成部件，得到这条指令对应的微程序入口地址，并送入微地址寄存器。
（3）从控制存储器中逐条取出对应的微指令并执行之。
（4）执行完对应于一条机器指令的一段微程序后又回到取指微程序的入口地址，继续第（1）步，以完成取下一条机器指令的公共操作。 6.4.2 微程序设计的技术问题
微指令的结构格式、微程序的顺序控制方式及微指令的执行方式直接影响微程序控制器
图6-7 微程序控制器组成原理框图
的结构和控制过程，它们就是微程序控制器设计要解决的关键技术问题。
1．微指令编码法
微指令可以分为操作控制字段和下址字段两大部分。这里所说的微指令编码法就是操作控制字段的编码法，通常有以下三种方法。
（1）直接控制法
直接控制法—在微指令的操作控制字段中，每一个微命令都用一位信息表示。如图6-8所示。
控制存储器的容量过大且微指令字利用效率很低。因此这种编码方法只适用于结构简单或速度要求很高的高速数字控制部件。
（2）最短字长编码
这种编码法是将所有的微命令进行统一的二进制编码，用不同的码点去表示不同的微命令，通过译码器产生微操作控制信号，如图6-9所示。
优点：微指令字长很短；
缺点：每次只能产生一个微命令，所有微命令均不能够并行，难以提高微命令的执行效
（3）分段直接编码
这种编码法是将微操作控制字段划分为若干个小字段，每个小字段独立译码，每个码点表示一个微命令，其微指令结构如图6-10所示。
（4）分段间接编码
分段间接编码是在分段直接编码的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编码方法。在这种编码方法中，某些参与编码的微指令不能由一个控制字段直接定义，而需要两个或两个以上的控制字段来定义。如图6-11。分段间接编码是在分段直接编码的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编码方法。
2．微指令格式
不同机器有不同的微指令格式，就其共性来说，大致可归纳为两大类，即水平型微指令和垂直型微指令。
（1）水平型微指令：一次能定义多个微命令（控制执行多个微操作）的微指令。
（2）垂直型微指令：一次只能执行一个微命令的微指令。
（3）混合型微指令：水平型微指令和垂直型微指令各有其优缺点。实际使用中，常常兼顾两者的优缺点，设计出一种混合型微指令，采用不太长的字长，又具有一定的并行控制能力，可高效地去实现机器的指令系统。
3．微地址的形成方式 后继微地址的确定方法：（1）如何产生每条机器指令所对应的微程序的入口地址；（2）另一个是在微程序内如何产生后继微地址。
（1）微程序入口地址的确定
根据其操作码经地址转移逻辑形成微程序入口地址，地址转移逻辑通常有以下两种： 当操作码的位数与位置固定时，可直接将操作码与微地址码的部分对应。这时，不需要专门的硬件，只需要用连线将对应位直接相连即可。若微地址码长度大于操作码长度，则对应位以下的低位一般填0，对应位以上的高位可以固定填某个二进制常数。
在操作码的位数或位置不固定的情况下，需用专门的硬件来实现操作码到微地址的变换。通常是以查表的方法来实现。
（2）后继微地址的产生 计数器方式
顺序执行时，后继微地址就是现行微地址加上一个增量（通常为“1”）； 转移时，由微指令的下址字段产生转移微地址。 优点：简单、易于掌握，编制微程序容易；
缺点：这种方式不能实现两路以上的并行微程序转移，因而不利于提高微程序的执行速度。
多路转移方式
一条微指令具有多个转移分支的能力称为多路转移，这种方式的后继微地址可由微程序设计者指定，或者根据微指令所规定的测试结果直接决定后继微地址的全部或部分值。
微地址分为两部分（1）非测试地址，可由程序设计者直接指定，占高位部分（2）测试地址，即由测试结果确定其地址值，占低位部分。测试地址的位数确定了转移的并行度：1位为2路转移，2位为4路转移，N 位为2N 路转移。
优点：能以较短的顺序控制字段配合，实现多路并行转移，灵活性好，速度较快； 缺点：后继微地址码的生成机构比较复杂。
4．微指令格式设计举例
示。
（1）指出相容性和相斥性的微
操作。
（2）设计适合此运算器的微指
令格式（要求微指令字长17位，其
中下址字段6位）。
解：（1）相斥性的微操作有：
（ⅰ）移位器的三个微操作R、L、
V；（ⅱ）ALU的三个微操作+、-、
M；（ⅲ）X输入端的三个微操作
R1→X、R2→X、DR→X；Y输入端
的三个微操作R1→Y、R2→Y、
R3→Y；
图6-12 运算器数据通路相容性的微操作有：（ⅰ）
LDR1 、LDR2 、LDR3相容；（ⅱ）X输入端的任一微操作与Y输入端的任一微操作相容；
（2）根据题意，微指令字长为17位，微指令字中下址字段为6位，则应采用11位来实现数据通路中的15个微命令信号。显然，只用直接控制法无法完成，因此我们采用直接控制与字段直接译码法相结合的方法来完成。
字段译码法要求将相斥的微命令放在一个字段中。因此可分别将（R、L、V）、（+、-、M）、（R1→X、R2→X、DR→X）、（R1→Y、R2→Y、R3→Y）放在一个字段中译码，每个字段长2位，译码产生4个输出；LDR1、LDR2、LDR3各占1位，用直接表示法表示。据此，设计的微指令格式见表6-3：
表6-3 运算器的微指令格式
微操作控制字段
6.4.3 微程序控制器设计实例
仍以图6-4所示的模型机为例，只是将硬布线控制器改为微程序控制器，并假定控制存储器的容量为256×24（位），微地址寄存器为6位。
1．模型机的数据通路（见6.3.2节）
2．模型机的指令系统（见6.3.2节）
3．绘制微程序流程图
根据模型机的指令系统和数据通路，绘制出微程序流程图见图6-13，当拟定“取指”
微指令时，该微指令的判别测试字段为P（1）测试。
4．设计微指令格式
根据模型机的数据通路和控制存储器的要求（256×24（位）），设计出微指令格式见表
6-4。
表6-4 微指令格式
5、将微程序代码化
微指令格式设计好后，根据数据通路、微程序流程图和微指令格式，就可以编制指令系统中每一条指令的微程序。表6-5给出了五条指令的微程序。
图6-13 模型机微程序流程图
表6-5 微程序代码表
微地址24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14~12 11~9 8 7 6~1
S3 S2 S1 S0 M CN CE WE OE LDPC A B C uA5~ uA0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 2 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0
0 3 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 4 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0
0 6 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 7 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11
1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0
1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
1 5 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
1 6 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
1 7 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 6.5 控制器的控制方式
6.5.1 同步控制方式
同步控制方式又被称为统一控制方式、集中控制方式或中央控制方式，是指机器有统一的时钟信号，所有的微操作控制信号都与时钟信号同步，且机器周期具有完全相同的执行时间。即只能按照指令系统中功能最强、执行时间最长的指令来确定指令周期的长度。
优点：设计简单，容易实现；
缺点：对于许多简单的指令来说会有较多的空闲时间，造成了较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。
6.5.2 异步控制方式
或局部控制方式是指各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间就安排多少时间。异步控制方式采用不同的时序，每个微操作信号的宽度是根据对应微操作的需要来确定的，因而提高了机器的效率，但是设计比较复杂，系统调试难度较大，且工作过程的可靠性不易保证。
6.5.3 联合控制方式
集中以上两种控制方式的优点构成的联合控制方式，其基本做法是将指令周期分成多个机器周期，每个机器周期中再分成多个节拍，于是各类机器指令可取不同的机器周期数作为各自的指令周期。这种控制方式不浪费很多时间，控制上又不很复杂，成为现代计算机中广泛采用的控制方式。
计算机科学与技术系 实验报告 专业名称计算机科学与技术 课程名称计算机组成原理 项目名称微程序控制器实验 班级
学号 姓名 同组人员 实验日期 一、实验目的与要求 实验目的 （1）掌握微程序控制器的组成原理 （2）掌握微程序控制器的编制、写入，观察微程序的运行过程 实验要求 （1）实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会很低，一次实验时间根本无法完成实验任务,即使基本做对了，也很难说懂得了些什么重要教学内容； （2）应在实验前掌握所有控制信号的作用，写出实验预习报告并带入实验室； （3）实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而损坏设备，又要仔细思考实验有关内容，把自己想不明白的问题通过实验理解清楚； （4）实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到的问题和分析与解决思路。还应写出自己的心得体会，也可以对教学实验提出新的建议等。实验报告要交给教师评阅后并给出实验成绩； 二、实验逻辑原理图与分析 画实验逻辑原理图
逻辑原理图分析 微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译个执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。 它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示成为微指令。这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种专用的存储器中，称为控制存储器。 三、数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析) （1）连接实验线路，检查无误后接通电源。如果有警报声响起，说明有总线竞争现象，应关闭电源，检查连线，直至错误排除。 （2）对微控制器进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。 1、手动读写
控制器的工作原理介绍 控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 控制器的分类有很多，比如LED控制器、微程序控制器、门禁控制器、电动汽车控制器、母联控制器、自动转换开关控制器、单芯片微控制器等。 1.LED控制器(LED controller)：通过芯片处理控制LED灯电路中的各个位置的开关。控制器根据预先设定好的程序再控制驱动电路使LED阵列有规律地发光，从而显示出文字或图形。 2.微程序控制器：微程序控制器同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已被广泛地应用。在计算机系统中，微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。 3.门禁控制器：又称出入管理控制系统(Access Control System) ，它是在传统的门锁基础上发展而来的。门禁控制器就是系统的核心，利用现代的计算机技术和各种识别技术的结合，体现一种智能化的管理手段。 4.电动汽车控制器：电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。 上述只是简单的介绍了几种控制器的名称和主要功能，控制器的种类繁多、技术不同、领域不同。 在控制器领域内，高标科技作为一家国家级的高新企业，其主打产品是电动车控制器，并且在电动车控制领域内占有很重要的地位，之前已经说到电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。高标科技在这里为大家介绍一下高标控制器的基本工作原理： （一）高标科技电动车控制器的结构 电动车控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能
浅谈阀门定位器的工作原理和使用 气动薄膜调节阀 调节阀从它的名称则可知晓一些信息，关键词调节二字它的调节范围0～100%之间任意调节。 细心的朋友应该发现，每台调节阀的脑袋下面都挂着一个装置，熟悉的肯定知道，这就是调节阀的心脏，阀门定位器，通过这个装置可调节进入脑袋（气动薄膜）内气量，可以精准的控制阀门的位置。 阀门定位器有智能式定位器和机械式定位器，今天讨论的是后者机械式定位器，与图片所示的定位器一样的。 机械式气动阀门定位器的工作原理 阀门定位器结构示意图
图中基本将机械式气动阀门定位器的部件一一说清楚，接下来就是看它如何工作的？ 气源来自于空压站的压缩空气，在阀门定位器气源进口前段还有一个空气过滤减压阀，用于压缩空气的净化。从减压阀出口的气源从阀门定位器进入，至于多少气量进入阀门的膜头，根据控制器的输出信号决定。 控制器输出的电信号是4～20mA，气动信号是20Kpa~100Kpa，从电信号到气信号是通过电气转换器进行的。 当控制器输出的电信号转变为与之相对应的气信号时，然后将转换后的气信号作用在波纹管上。杠杆2则绕着支点运动，杠杆2下段向右运动靠近喷嘴。喷嘴的背压增加，经过气动放大器放大后（图中那个带小于符号的部件），将气源的一部分送入到气动薄膜的气室，阀杆带着阀芯向下自动逐渐将阀门开度变小。此时，与阀杆相连的反馈杆（图中摆杆）绕着支点向下移动，使轴的前端向下移动，与其连接的偏心凸轮做逆时针旋转，滚轮顺时针旋转向左移动，从而拉伸反馈弹簧。由于反馈弹簧拉伸杠杆2下段向左移动，此时就会与作用在波纹管上的信号压力达到力平衡，于是阀门就固定在某个位置不动作了。 通过上面的介绍，应该对机械式阀门定位器有一定的了解，有机会的时候再操作一边最好是能够动手拆卸一次，加深定位器每个零件的位置及每个零件的名。因此，机械式阀门的浅谈告一段落，接下来进行知识的扩展，让对调节阀有个更深层次的认知。
实验四常规型微程序控制器组成实验 一、实验目的 掌握时序发生器的组成原理。 掌握微程序控制器的组成原理。 二、实验电路 时序发生器 本实验所用的时序电路见图。电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390组成，可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，其中一个W由一轮T1-T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1-W3可以执行硬连线控制器的一条机器指令。另外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生。 图时序信号发生器 本次实验不涉及硬连线控制器，因此时序发生器中产生W1-W3的部分也可根据需要放到硬连线控制器实验中介绍。 产生时序信号T1-T4的功能集成在图中左边的一片GAL22V10中，另外它还产生节拍信号 W1-W3的控制时钟CLK1。该芯片的逻辑功能用ABEL语言实现。其源程序如下：MODULE TIMER1 TITLE 'CLOCK GENERATOR T1-T4' CLK = .C.; "INPUT MF, CLR, QD, DP, TJ, DB PIN 1..6; W3 PIN 7; "OUTPUT T1, T2, T3, T4 PIN 15..18 ISTYPE 'REG'; CLK1 PIN 14 ISTYPE 'COM'; QD1, QD2, QDR PIN ISTYPE 'REG';
ACT PIN ISTYPE 'COM'; S = [T1, T2, T3, T4, QD1, QD2, QDR]; EQUATIONS QD1 := QD; QD2 := QD1; ACT = QD1 & !QD2; QDR := CLR & QD # CLR & QDR; T1 := CLR & T4 & ACT # CLR & T4 & ! (DP # TJ # DB & W3) & QDR; T2 := CLR & T1; T3 := CLR & T2; T4 := !CLR # T3 # T4 & !ACT & (DP #TJ# DB& W3) # !QDR; CLK1 = T1 # !CLR & MF; = MF; END 节拍电位信号W1-W3只在硬连线控制器中使用，产生W信号的功能集成在右边一片GAL22V10中，用ABEL语言实现。其源程序如下： MODULE TIMER2 .; "INPUT CLK1, CLR, SKIP PIN 1..3; "OUTPUT W1, W2, W3 PIN 16..18 ISTYPE 'REG'; W = [W1, W2, W3];
电动自行车控制器电路及原理大全 目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机，对直流电机调速的控制器有很多种类。电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器，而一款完善的控制器，还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。 电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率的，货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。从配合电机分，可分为有刷、无刷两大类。关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高。笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主。而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的。 本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路，并指出与其他产品的不同之处及其特点。所列电路均是根据实物进行测绘所得，图中元件号为笔者所标。通过介绍具体实例，达到举一反三的目的。 1.有刷控制器实例 (1)山东某牌带电量显示有刷控制器 电路方框图见图1。 1)电路原理 电路原理图见图2所示，该控制器由稳压电源电路、PWM产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示
电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成。 稳压电源由V3(TL431)，Q3等元件组成，从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压，给控制电路供电，调节VR6可校准+12V电源。 PWM电路以脉宽调制器TL494为核心组成。R3、C4与内部电路产生振荡，频率大约为12kHz。 H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V—1V的电压。该电压加到TL494的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。②脚电压越低，⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器VR2用于零速调节，调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。 电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。电机MOTOR为永磁直流有刷电机。TL494的⑧脚输出的调宽脉冲，经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。TL494的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。D1是电机续流二极管，防止Q2击穿。TL494的⑧脚输出低电平时，Q1、D2导通，Q4截止，Q2导通；TL494的⑧脚输出高电平时，Q1、D2截止，Q4导通，迅速将Q2栅极电荷泄放，加速Q2的截止过程，对降低Q2温度有十分重要的作用。 蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。蓄电池电压经R23和R22分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。V A=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电压不低于38V时，LED1、LED2、LED3均点亮；当电池电压低于38V时，LED3熄灭；当电池电压低于35V时，LED2熄灭；当电池电压低于33V时，LED1熄灭，此时应给电池充电。调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。LED4用作电源指示，LED5用作欠压切断控制器输出指示。 蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V时.LM324的①脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL494的死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V，就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，从而使三极管Q1、Q2截止，电机停止运转，蓄电池放电停止，进入电池保护状态。此时LED5点亮，指示出该状态。VR5用于设定电池保护点电压。 电机过流保护R30为电机电流取样电阻，当过流时，取样电压经R14加到TL494的⑩脚。当⑩脚电位高于⑩脚电位时，TL494内部运放2输出高电平，迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，从而使Q1、Q2截止，电机停止运转，从而保护了电机。 制动保护当刹车制动时，KEY2接通.5V电压加到TL494的死区控制端④脚，迫使TL494内部调宽脉
微程序控制器的基本原理 1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM 器件实现，简称控存。 2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。 作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。 3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。 4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。 5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。 形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况： ①下地址为本条微指令地址加1； ②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值； ③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址； ④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈； ⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。 如：若C=1，转移到 A1 微地址； 若S=1，转移到 A2 微地址； 若Z=1，转移到 B1 微地址； 这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。
微指令的格式和内容： 下地址字段控制命令字段 补充：微指令编码的方法 （1）直接表示法（水平型微指令）：操作控制字段中的每一位带代表一个微操作控制信号。如教学实验计算机的微指令56位 （2）编码表示法（垂直型微指令）：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组，通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码。 （3）混合表示法：将直接表示法与编码表示法相混合使用。 下地址字段的内容 得到下地址的方法 由指令操作码得到 微指令顺序执行 在微指令下地址字段中表示清楚: 使用哪种方法 哪个判断条件，
组成原理No、4实验－-- 微程序控制器实验 组员: 组号:２1号 时间:周二5、６节?
【实验目的】 (1)掌握时序发生器的组成原理。 (2)掌握微程序控制器的组成原理。 (3)掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行情况 【实验设备】 TDN-CＭ++, 【实验原理】 微程序控制器的基本任务就是完成当前指令的翻译与执行,即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列,以完成数据传输与各种处理操作。它的执行方法就就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码,即将微命令的集合仿照机器指令一样,用数字代码的形式表示,这种表示称为微指令。这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令,这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种专用的存储器中,该存储器称为控制存储器。 实验所用的时序控制电路框图如图1 所示, 可产生四个等间隔的时序信号TS1~TS4。在 图1中,为时钟信号,由实验台左上方的 方波信号源提供,可产生频率及脉宽可调额 方波信号;STEP就是来自实验板上方中部的 一个二进制开关STEP的模拟信号;SＴＡRT 键就是来自实验板上方左部的一个微动开关 ＳTART的按键信号。当STEP开关为EXＥＣ(0)时,一旦按下ＳTART启动键,时序信号ＴＳ1~TS4将周而复始地发送出去。当ＳＴＥP为STEP(1)时,按下STＡRT启动键,机器便处于单步运行状态,即此时只发送一个CPＵ周期的时序信号就停机了。利用单步方式,每次只读一条微指令,可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外,如果STＥP开关置“ＳTEＰ”,会使机器停机,CLR开关执行1→0→１操作可以使时序清零。时序状态图如下图所示。 ?由于时序电路的内部线路已经连好,因此只需将时序电路与方波信号源连接,即将时序电路的时钟脉冲输入端接至方波信号发生器输入端H２３上,按动启动 键ＳＴＡＲT后,就可产生时序信号TＳ１~TＳ4、时序电路的CLＲ已接至CLR 模拟开关上。 ?编程开关具有三种状态:PRＯM(编程)、ＲＥAD(校验)与RUN(运行)。 微指令格式如 下: 【实验步骤】
电动车控制器原理图解
单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只 74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。 一、电路简介与自检 开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、
U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。 2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。 3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。 4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。 5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。 自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。 闪l停l--自检正常通过 闪2停l--欠压 闪3停l--LM358故障 闪4停1--电机霍尔信号故障
闪5停l--下管故障 闪6停l--上管故障 闪7停1--过流保护 闪8停l--刹车保护 闪9停1--手把地线断开 闪10停1--手把信号和手把电源线短路 闪l停11--上电时手把信号未复位 若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。 电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、
控制器（英文名称：controller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。 电动车控制器近年来的发展速度之快使人难以想象，操作上越来越“傻瓜”化，而显示则越来越复杂化。比如，车速的控制已经发展到“巡航锁定”、驱动方面，有的同时具有电动性能和助力功能，诸多的新型技术让很多消费者在使用的时候感觉“摸不着北”，高标科技在这里讲解一下电动车控制器的基本工作原理： 一、高标科技电动车控制器简介： 电动车控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能器件：如执行、采样等，它们是电阻、传感器、桥式开关电路、以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件；单片机也称微控制器,是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起，而构成的计算机片。 控制器的设计品质、特性、所采用的微处理器的功能、功率开关器件电路及周边器件布局等，直接关系到整车的性能和运行状态，也影响控制器本身性能和效率。不同品质的控制器用在同一辆车上，配用同一组相同充放电状态的电池，有时也会在续驶能力上显示出较大差别。 二、高标科技电动车控制器的形式： 1.分离式：所谓分离，是指控制器主体和显示部分分离。后者安装在车把上，控制器主体则隐藏在车体包厢或电动箱内，不露在外面。这种方式使控制器与电源，电机间连线距离缩短，车体外观显得简洁。
太阳能热水器控制器原 理图 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
太阳能热水器控制器原理图 家用太阳能热水器方便、节能、无污染，应用广泛。本文介绍的太阳能热水器辅助控制系统以单片机为核心，对储水箱水位、水温等进行检测和显示；水位过低时进行自动上水、水满自停，防止溢水；在无光照阴雨天或寒冷季节进行辅助电加热，且温度可由用户预置；在寒冷的冬季能对上水管道的水进行排空，防止管道冻裂；具有防漏电、防干烧等多种安全保护和声光报警功能。 一、系统结构 太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在真空管太阳能热水器的保温储水箱内增加一个与电热水器类似的电热元件并固定在绝缘底座上，引出交流电源线入户，由辅助控制系统的继电器控制通断电。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中，通过电缆线接入用户室内控制器。进行管道排空时，由控制系统关闭排空控制阀，打开热水开关和淋浴开关，将管道中的水放掉；用水时则打开排空控制阀。系统自动上水时，通过单项电磁阀上水。水流电开关用于检测淋浴开关是否打开、是否有水的流动，当淋浴开关打开用水时，系统自动停止上水、切断辅助电加热器的电源。 二控制系统组成 太阳能热水器控制系统的组成如图2所示。整个系统以AT89C51单片机为核心，对水温、水位等参数进行智能检测和显示，读取水流开关、排空阀门的状态，经
键盘操作和单片机内部运算比较，控制相应得执行机构进行通、断电；进行防漏电、防干烧等保护，并进行相应得声光报警。 对水箱水温信号的检测采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它具有3引脚TO-92小体积封装形式，CPU只需一根端口线就能与DS18B20通信控制读取温度值。水流开关信号的检测采用开关式传感器，其内部是一个霍尔开关，排空阀是一个带行程开关的球型阀，由5W交流伺服电机带动，每旋转90度输出一个开关信号，排空阀的开闭状态对应于该开关信号。上水电磁阀采用12V 直流单项电磁阀；辅助电加热体的通断电采用继电器控制；排空阀由36V（5W）交流伺服电机带动，由排空阀的开闭状态信号确定并通过继电器控制交流伺服电机电源通断电。 三、控制软件设计主程序流程图如图3所示。子程序流程图如图4所示。主程序首先完成串行口、定时器、中断源的初始化，设置初始运行参数、开中断，然后循环读取键盘状态、检测系统是否漏电。一旦检测到系统漏电，进行声音和显示报警，将所有执行机构断电；若系统不漏电则根据存储的键盘状态和检测的水温、水位等状态信号进行相应得处理并等待中断服务程序的执行。系统正常控制时，首先显示水温和水位，若检测到水流开关打开用水时，自动断开上水阀和电加热体电源，即实现水电联动，用水停电。当检测到水位过低时打开电磁阀上水；到达最高水位后，自动关闭电磁阀。在水位超过第二档时，将检测的实际水温与设置水温进行比较，若实际水温低于设置水温，则加热体通电进行辅助电加热；若实际水温高于设置水温时，切断加热体电源；若检测到水位低于第二档，不管设置温度高低，总是停止加热，以防止加热体干烧。
PID控制器的工作原理 PID控制器广泛应用于工业过程控制。工业自动化领域的大约95％的闭环操作使用PID控制器。控制器以这样一种方式组合，即产生一个控制信号。作为反馈控制器，它将控制输出提供到所需的水平。在微处理器发明之前，模拟电子元件实现了PID控制。但是今天所有的PID控制器都是由微处理器处理的。可编程逻辑控制器也有内置的PID控制器指令。 通过使用低成本的简单开关控制器，只有两种控制状态是可能的，例如全开或全关。它用于有限的控制应用，这两个控制状态足够控制目标。然而，这种控制的振荡特性限制了其使用，因此正在被PID控制器所取代。 PID控制器保持输出，使得通过闭环操作在过程变量和设定点/期望输出之间存在零误差。PID使用三种基本的控制行为，下面将对此进行说明。 P-控制器： 比例或P-控制器给出与电流误差e（t）成比例的输出。它将期望值或设定值与实际值或反馈过程值进行比较。得到的误差乘以比例常数得到输出。如果错误值为零，则该控制器输出为零。 此控制器在单独使用时需要偏置或手动重置。这是因为它从来没有达到稳定状态。它提供稳定的操作，但始终保持稳定状态的错误。当比例常数Kc增加时，响应速度会增加。
I-控制器 由于p-控制器在过程变量和设定点之间总是存在偏差，所以需要I-控制器，这就提供了必要的动作来消除稳态误差。它集成了一段时间的误差，直到误差值达到零。它对最终控制装置的误差为零的值保持不变。 当发生负面误差时，积分控制会降低其输出。它限制了响应速度，影响了系统的稳定性。响应的速度通过减小积分增益Ki而增加。 在上图中，随着I控制器的增益减小，稳态误差也逐渐减小。对于大多数情况下，PI 控制器尤其适用于不需要高速响应的场合。 当使用PI控制器，I-控制器输出被限制在一定程度的范围内，克服了积分饱和，其中积分输出的推移，即使在零误差状态增加时，由于在所述植物的非线性的条件。 d-控制器
一、前言 电气阀门定位器是气动调节阀的关键附件之一，其作用是把调节装置输出的电信号变成驱动调节阀动作的气信号。它具有阀门定位功能，既克服阀杆摩擦力，又可以克服因介质压力变化而引起的不平衡力，从而能够使阀门快速的跟随，并对应于调节器输出的控制信号，实现调节阀快速定位，提升其调节品质。随着智能仪表技术的发展，微电子技术广泛应用在传统仪表中，大大提高了仪表的功能与性能。其在电气阀门定位器中的应用使智能定位器的性能和功能有了一个大的飞跃。 二、智能电气阀门定位器与传统定位器的对比 2.1 传统电气阀门定位器的工作原理 电气阀门定位器经过几十年的发展，各公司产品虽不尽相同，但基本原理大致相似，下面画简图进行说明。其基本结构见图1: 反馈杆反馈阀门的开度位置发生变化，当输入信号产生的电磁力矩与定位器的反馈系统产生的力矩相等，定位器力平衡系统处于平衡状态，定位器处于稳定状态，此时输入信号与阀位成对应比例关系。当输入信号变化或介质流体作用力等发生变化时，力平衡系统的平衡状态被打破，磁电组件的作用力与因阀杆位置变化引起的反馈回路产生的作用力就处于不平衡状态，由于喷嘴和挡板作用，使定位器气源输出压力发生变化，执行机构气室压力的变化推动执行机构运动，使阀杆定位到新位置，重新与输入信号相对应，达到新的平衡状态。 在使用中改变定位器的反馈杆的结构(如凸轮曲线)，可以改变调节阀的正、反作用，流量特性等，实现对调节阀性能的提升。 2.2 智能电气阀门定位器工作原理 虽然智能电气阀门定位器与传统定位器从控制规律上基本相同，都是将输入信号与位置反馈进行比较后对输出压力信号进行调节。但在执行元件上智能定位器和传统定位器完全不同，也就是工作方式上二者完全不同。智能定位器以微处理器为核心，利用了新型的压电阀代替传统定位器中的喷嘴、挡板调压系统来实现对输出压力的调节。 目前有很多厂家生产智能型电气阀门定位器，西门子公司的SIPA TT PS2系列智能电气阀门定位器比较典型，具有一定代表性，下面以就以SIPART PS2系列定位器为例，对智能定位器的工作原理进行说明，其基本结构如图2所示:
温度控制器的工作原理 据了解，很多厂家在使用温度控制器的过程中，往往碰到惯性温度误差的问题，苦于无法解决，依靠手工调压来控制温度。创新，采用了PID模糊控制技术，较好地解决了惯性温度误差的问题。传统的温度控制器，是利用热电偶线在温度化变化的情况下，产生变化的电流作为控制信号，对电器元件作定点的开关控制器。电脑控制温度控制器：采用PID模糊控制技术*用先进的数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。 传统的温度控制器的电热元件一般以电热棒、发热圈为主，两者里面都用发热丝制成。发热丝通过电流加热时，通常达到1000℃以上，所以发热棒、发热圈内部温度都很高。一般进行温度控制的电器机械，其控制温度多在0-400℃之间，所以，传统的温度控制器进行温度控制期间，当被加热器件温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热棒或发热圈的内部温度会高于400℃，发热棒、发热圈还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视乎发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。 要解决温度控制器这个问题，采用PID模糊控制技术，是明智的选择。PID模糊控制，是针对以上的情况而制定的、新的温度控制方案，用先进的数码技术通过Pvar、Ivar、Dvar三方面的结合调整，形成一个模糊控制，来解决惯性温度误差问题。然而，在很多情况下，由于传统的温度控制器温控方式存在较大的惯性温度误差，往往在要求精确的温控时，很多人会放弃自动控制而采用调压器来代替温度控制器。当然，在电压稳定工作的速度不变、外界气温不变和空气流动速度不变的情况下，这样做是完全可以的，但要清楚地知道，以上的环境因素是不断改变的，同时，用调压器来代替温度控制器时，必须在很大程度上靠人力调节，随着工作环境的变化而用人手调好所需温度的度数，然后靠相对稳定的电压来通电加热，勉强运作，但这决不是自动控温。当需要控温的关键很多时，就会手忙脚乱。这样，调压器就派不上用场，因为靠人手不能同时调节那么多需要温控的关键，只有采用PID模糊控制技术，才能解决这个问题，使操作得心应手，运行畅顺。例如烫金机，其温度要求比较稳定，通常在正负2℃以内才能较好运作。高速烫金机烫制同一种产品图案时，随着速度加快，加热速度也要相应提高。这时，传统的温度控制器方式和采用调压器操作就不能胜任，产品的质量就不能保证，因为烫金之前必须要把烫金机的运转速度调节适当，用速度来迁就温度控制器和调压器的弱点。但是，如果采用PID模糊控制的温度控制器，就能解决以上的问题，因为PID中的P，即Pvar功率变量控制，能随着烫金机工作速度加快而加大功率输出的百分量。 有机械式的和电子式的， 机械式的采用两层热膨胀系数不同金属亚在一起，温度改变时，他的弯曲度会发生改变，当弯曲到某个程度是，接通（或断开）回路，使得制冷（或加热）设备工作。
阀门定位器的工作原理与结构(很详细的介绍) -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
阀门定位器的工作原理与结构 阀门定位器是气动调节阀的关键附件之一，其作用是把调节装置输出的电信号变成驱动调节阀动作的气信号。它具有阀门定位功能，既克服阀杆摩擦力，又可以克服因介质压力变化而引起的不平衡力，从而能够使阀门快速的跟随，并对应于调节器输出的控制信号，实现调节阀快速定位，提升其调节品质。随着智能仪表技术的发展，微电子技术广泛应用在传统仪表中，大大提高了仪表的功能与性能。 阀门定位器(图1) 阀门定位器的原理：反馈杆反馈阀门的开度位置发生变化，当输入信号产生的电磁力矩与定位器的反馈系统产生的力矩相等，定位器力平衡系统处于平衡状态，定位器处于稳定状态，此时输入信号与阀位成对应比例关系。当输入信号变化或介质流体作用力等发生变化时，力平衡系统的平衡状态被打破，磁电组件的作用力与因阀杆位置变化引起的反馈回路产生的作用力就处于不平衡状态，由于喷嘴和挡板作用，使定位器气源输出压力发生变化，执行机构气室压力的变化推动执行机构运动，使阀杆定位到新位置，重新与输入信号相对应，达到新的平衡状态。在使用中改变定位器的反馈杆的结构(如凸轮曲线)，可以改变调节阀的正、反作用，流量特性等，实现对调节阀性能的提升。 智能阀门定位器结构如下图所示，其中虚线内为定位器部分，右侧为气动执行机构。控制和驱动电路，以及位置反馈传感器的数据采集电路，均位于定位器内的电路板中。控
制电路主要完成控制信号和位置反馈信号的数据采集与处理工作，同时形成稳定输出电压。驱动电路用于PWM电流滤波后的功率放大。喷嘴挡板、喷嘴以及相应组件构成了I/P 转换器，实现电气转换。调节喷嘴挡板和喷嘴的间距，通过气体放大器，完成对输出气体的调节。反馈杆和位置反馈传感器，完成气动执行机构位移的检测，并组成完整的闭环控制系统。 智能阀门定位器结构图(图2)
微程序控制器的基本原理详细图解 1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM器件实现，简称控存。 2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。 作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。 3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。 4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。 5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。 形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况： ①下地址为本条微指令地址加1； ②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值； ③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址； ④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈； ⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。 如：若C=1，转移到 A1 微地址； 若S=1，转移到 A2 微地址； 若Z=1，转移到 B1 微地址； 这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。
计算机的微程序控制器和组合逻辑控制器（硬连线）在组成和运行原理上有何 相同和不同之处？它们各有哪些优缺点？ 答：微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。 共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。 不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。 微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。 组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA 工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。 组合逻辑控制器和微程序控制器2011-2-15 来源：深圳市恒益机电设备有限公司>>进入该公司展台组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。具体对比如下：组合逻辑控制器又称硬布线控制器，由逻辑电路构成，完全靠硬件来实现指令的功能。 组合逻辑控制器的设计步骤 ①设计机器的指令系统：规定指令的种类、指令的条数以及每一条指令的格式和功能。
西安祥天和电子科技有限公司详情咨询官网https://www.doczj.com/doc/9217600747.html, 主营产品：液位传感器水泵控制箱报警器GKY仪表液位控制系统，液位控制器，无线传输收发器等 液位控制器工作原理 液位控制器是简单的液位控制系统，接线简单、使用灵活。常见的有GKY通用液位控制器和水位报警器，可以接入GKY液位传感器、电极探头（如GKYC-DJ）、UQK01等液位传感器。以下，以GKY传感器为例来说明其工作原理。 一、GKY通用液位控制器工作原理 通用液位控制器外形尺寸长150宽90高70mm，继电器输出I、输出II同步工作，在低水位吸合高水位断开，继电器触点负荷均为220V10A。用于供水时选择4端接入控制回路，用于排水时选择5端接入控制回路。以下为UGKY典型的电气控制接线方案，其中KA为中间继电器或交流接触器： 供水接线方案排水接线方案 二、GKY液位报警器工作原理
水位报警器外形尺寸长150宽90高70mm，可以配一个或两个液位传感器。配一个传感器时，报警器为水满报警：即在这个传感器有水时发出声光报警，同时上限继电器吸合。如果将报警器设置1（7、8端子）用一段导线连接（即短路），则报警器为缺水报警：即在这个传感器无水时发出声光报警，同时下限继电器吸合。如果配两个传感器时，则报警器在下限无水或上限有水时发出声光报警，同时相应的继电器吸合。继电器触点负荷均为220V10A。如果不需要声音报警则把设置2（9、10端子）用一段导线连接即可。以下为GKY-BJ典型的电气控制接线方案，其中KA为中间继电器或交流接触器： 以上是最简单电气控制方案，复杂的控制功能可以通过电气控制的设计来实现。具体可在https://www.doczj.com/doc/9217600747.html,的“资料免费下载”栏目中下载所需的电气控制柜设计方案。
气动阀门定位器工作原理
气动阀门定位器是按力平衡原理设计工作的，其工作原理方框见上图所示，它是按力平衡原理设计和工作的。 如图上图所示当通入波纹管的信号压力增加时，使杠杆2绕支点转动，档板靠近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送入薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并带动反馈杆（摆杆）绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮（偏心凸轮）也跟着作逆时针方向转动，通过滚轮使杠杆1绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸、弹簧对杠杆2的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达到力矩平衡时仪表达到平衡状态。此时，一定的信号压力就与一定的阀门位置相对应。 以上作用方式为正作用，若要改变作用方式，只要将凸轮翻转，A向变成B向等，即可。 所谓正作用定位器，就是信号压力增加，输出压力亦增加；所谓反作用定位器，就是信号压力增加，输出压力则减少。 一台正作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现反作用执行机构的动作；相反，一台反作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现正作用执行机构的动作。 ZPD-2000系列电气阀门定位器 ZPD-2000系列电气阀门定位器是根据国际先进的同类型产品，集多年成功的专业制造经验和先进的应用技术，经过消化吸收和针对（老产品）ZPD-2000 型系列电气阀门定位器加以综合改进的产品，并积极贯彻ISO9001质量保证体系，具有一定的先进性，符合国际标准要求的一种新型定位器。 一、产品的功能用途和适应范围： 1、产品的功能用途： ZPD-2000系列电气阀门定位器是各种气动执行器的主要配套仪表。它与气动调节阀配套使用，构成闭环控制回路。用以提高调节阀的控制精度。克服填料函与阀杆的磨擦力，克服介质压差对调节阀阀芯不平衡力。提高阀门动作速度，可实现分程控制
实验员述职报告 实验四常规型微程序控制器组成实验 一、实验目的 1.掌握时序发生器的组成原理。 2.掌握微程序控制器的组成原理。 二、实验电路 1.时序发生器 本实验所用的时序电路见图3.4。电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390组成，可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，其中一个W由一轮T1-T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1-W3可以执行硬连线控制器的一条机器指令。另外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生。 图3.4 时序信号发生器 本次实验不涉及硬连线控制器，因此时序发生器中产生W1-W3的部分也可根据需要放到硬连线控制器实验中介绍。 产生时序信号T1-T4的功能集成在图中左边的一片GAL22V10中，另外它还产生节拍信号W1-W3的控制时钟CLK1。该芯片的逻辑功能用ABEL语言实现。其源程序如下：MODULE TIMER1 TITLE 'CLOCK GENERATOR T1-T4' CLK = .C.; "INPUT MF, CLR, QD, DP, TJ, DB PIN 1..6; W3 PIN 7; "OUTPUT T1, T2, T3, T4 PIN 15..18 ISTYPE 'REG'; CLK1 PIN 14 ISTYPE 'COM'; 常用软件课程设计
实验员述职报告 QD1, QD2, QDR PIN ISTYPE 'REG'; ACT PIN ISTYPE 'COM'; S = [T1, T2, T3, T4, QD1, QD2, QDR]; EQUATIONS QD1 := QD; QD2 := QD1; ACT = QD1 & !QD2; QDR := CLR & QD # CLR & QDR; T1 := CLR & T4 & ACT # CLR & T4 & ! (DP # TJ # DB & W3) & QDR; T2 := CLR & T1; T3 := CLR & T2; T4 := !CLR # T3 # T4 & !ACT & (DP #TJ# DB& W3) # !QDR; CLK1 = T1 # !CLR & MF; S.CLK = MF; END 节拍电位信号W1-W3只在硬连线控制器中使用，产生W信号的功能集成在右边一片GAL22V10中，用ABEL语言实现。其源程序如下： MODULE TIMER2 //头部 TITLE 'CLOCK GENERATOR W1-W3' DECLARATIONS //说明部 CLK = .C.; "INPUT CLK1, CLR, SKIP PIN 1..3; "OUTPUT W1, W2, W3 PIN 16..18 ISTYPE 'REG'; W = [W1, W2, W3]; EQUATIONS //逻辑描述部 W1 := CLR & W3; W2 := CLR & W1 & !SKIP; W3 := !CLR # W2 # W1 & SKIP; W.CLK = CLK1; END TIMER2 //结束部 左边GAL的时钟输入MF是晶振的输出，频率为500KHz。T1-T4的脉宽为2μs。CLR实际上是控制台的CLR#信号，因为ABEL语言的书写关系改为CLR，仍为低有效。CLR#＝0将系统复位，此时时序停在T4、W3，微程序地址为000000B。建议每次实验台加电后，先按CLR#复位一次。实验台上CLR#到时序电路的连接已连好。 对时序发生器TJ输入引脚的连接要慎重，当不需要暂停微程序的运行时，将它接地；常用软件课程设计