控制单元的组合逻辑设计

时序逻辑电路和组合逻辑电路的基本单
元
时序逻辑电路和组合逻辑电路是电子技术中一
种基本的、用于控制信号和系统输出结果的电路，
它们都具有基本单元，基本单元是由不同电路组件
组成的电路，它们可以实现特定的功能以完成特定
的任务。

时序逻辑电路的基本单元主要是由反馈和计数
器组成，它们可以用来控制信号的传输、采样和时序，它们可以运行或停止电路，它们可以执行夊齐
逻辑运算，它们主要的部件有门电路（AND、OR、NOT 等）、反馈元件、计数器等。

组合逻辑电路的基本单元主要包括电路选择器、门驱动器、计时器、存储器、模拟电路等，它们可
以实现诸如门驱动、数据传输、存储和计算等多种
功能，它们可以识别端口输入状态，然后根据它们
的不同的组合，产生不同的控制和输出信号。

时序逻辑电路和组合逻辑电路的基本单元都可
以实现多种不同的功能，从而实现相关的电子设备
的发挥。

不同的基本单元可以有不同的用途，可以实现用不同的硬件或软件来实现不同的功能。

此外，它们也可以用于智能分析，以实现复杂的逻辑电路系统。

电气控制原理电路的基本设计方法
1、分析设计法
分析设计法是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整线路。

当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。

优点是设计方法简单，无固定的设计程序，它容易为初学者所掌握，在电气设计中被普遍采用；
缺点是设计出的方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。

2、逻辑设计法
逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令电器的接通与断开看成逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电路图。

优点是能获得理想、经济的方案。

缺点是这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很少单独采用。

典型逻辑控制图例随着现代科技的进步，社会的发展，单机容量不断提高，机组所需控制的设备和监测参数越来越多，自动化程度越来越高，手动控制已不能满足现代机组的控制要求，分散控制系统(DCS)已开始得到广泛应用。

DCS 控制系统工程软件基本是由一些标准结构的软件模块即功能块组成，如与非门、函数块、PID 调节块等，各基本单元简单而标准化，复杂功能的实现通过用标准基本单元的复杂连接而完成，这使得DCS 环境下的控制系统具有可任意组态的特点。

但因现代火电机组单机容量大，控制参数多，由功能块搭接的控制回路较为复杂，给电厂热控维护人员及时进行事故分析带来不便，或容易造成故障。

为此，如何既能满足电厂设备的复杂性控制要求，又能保证维护人员对控制逻辑一目了然，是各个DCS 厂家发展和提高的目标。

1 典型逻辑控制图例的必要性在单元机组控制设备中，电机、阀门等设备一般较多，且逻辑控制模式基本相同，所不同的是联锁保护、启动条件等外在因素，因此，这些设备的逻辑控制可采用典型逻辑图例的控制方法，即固化一个逻辑图，将外在限制条件分别添加后即可形成不同的设备控制，可极大地节省工程人员的重复劳动。

OVATION 控制系统为美国西屋公司产品，其前身为WDPF 控制系统，在河北省南部电网的电厂有应用，但因其逻辑控制界面为梯形图，在设计和检查方面都有诸多不便且容易出错。

新推出的OVATION 控制系统则采用了功能块的搭接模式，不仅简化了设计，减少了工程人员的工作量，更为电厂维护人员的事故分析、逻辑检查提供了便利条件。

2 典型逻辑控制图例的分析OVATION 控制系统中对典型逻辑图例的设计可分为手操键盘、启停允许、启停请求、启停命令和故障报警 5 部分，下面逐项进行分析。

2.1 手操键盘现代电厂自动化程度均较高，但手动操作必不可少。

OVATION 系统典型逻辑控制中，均配备有手操键盘，该手操键盘包括8个手操键PK1〜PK8。

其中PK1、PK2分别用于设备的启、停，但选中该键后必须经PK8 确认才有效，这样有利于防止操作员的误操作；PK7 为当设备启、停出现故障时，画面设备颜色变黄，设备不允许启动，待设备故障消除后，用此键确认恢复原态，以便重新操作；PK6 为设备跳闸后的确认，便于再次启动；PK5 作用比较特殊，因有些设备的停止具有条件限制，当出现紧急情况需停止设备时，正常停止PK2 键可能不起作用，此时可采用PK5 键跨过限制条件强制执行，保护机组或设备不受大的损坏；PK3、PK4键为请求备用和解除备用请求键，一般用于2台或3台相同的电机设备，便于运行电机出力不够或故障停后，备用电机联启，保证机组稳定运行。

复合逻辑门电路复合逻辑门电路是由多个基本逻辑门组合而成的电路，能够实现更复杂的逻辑运算。

在数字电路中，逻辑门是最基本的组成单元，通过它们的组合可以构建出各种逻辑功能。

复合逻辑门电路由与门、或门、非门等基本逻辑门组成，通过它们的组合使用，可以实现逻辑电路的各种功能。

与门是指当所有输入信号同时为高电平时，输出信号才为高电平；或门是指只要其中一个或多个输入信号为高电平，输出信号即为高电平；非门是指输入信号与输出信号相反。

利用这些基本逻辑门的特性，可以构建出更复杂的逻辑功能。

复合逻辑门电路可以通过串联和并联两种方式进行组合。

串联是指将多个逻辑门按顺序连接，输出信号经过前一个逻辑门的输出作为后一个逻辑门的输入；并联是指将多个逻辑门的输入信号直接连接在一起，输出信号取决于各个逻辑门的输出信号。

复合逻辑门电路的设计需要根据具体的逻辑功能需求进行。

常用的复合逻辑门电路包括与非门、或非门、异或门、与或非门等。

与非门的输出信号取决于多个输入信号的与运算结果，然后经过非门进行输出；或非门的输出信号取决于多个输入信号的或运算结果，然后经过非门进行输出；异或门的输出信号取决于多个输入信号的异或运算结果；与或非门的输出信号取决于多个输入信号的与或非运算结果。

复合逻辑门电路的设计过程中需要注意逻辑门的连接方式和输入输出信号的匹配。

逻辑门的连接方式决定了信号的传输路径，输入输出信号的匹配决定了逻辑功能的实现。

在复合逻辑门电路中，逻辑门的输入信号一般通过开关或触发器等方式提供，输出信号可以连接到其他逻辑门或者显示设备上。

复合逻辑门电路的应用非常广泛。

在计算机领域，复合逻辑门电路被广泛应用于中央处理器、内存、输入输出接口等各个部分；在通信领域，复合逻辑门电路被应用于编码解码、调制解调等电路中；在工业控制领域，复合逻辑门电路被应用于传感器信号处理、控制执行等各个环节。

总结起来，复合逻辑门电路是由多个基本逻辑门组合而成的电路，通过它们的组合使用可以实现更复杂的逻辑功能。

第三章组合逻辑电路基本要求：熟练掌握组合逻辑电路的分析方法；掌握组合逻辑电路的设计方法；理解全加器、译码器、编码器、数据选择器、数据比较器的概念和功能，并掌握它们的分析与实现方法；了解组合逻辑电路中的险象本章主要内容：组合逻辑电路的分析方法和设计方法。

本章重点：组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的设计方法常用逻辑部件的功能本章难点：组合逻辑电路的设计一、组合逻辑电路的特点若一个逻辑电路，在任一时刻的输出仅取决于该时刻输入变量取值组合，而与电路以前的状态无关，则电路称为组合逻辑电路（简称组合电路）。

可用一组逻辑函数描述。

组合电路根据输出变量分为单输出组合逻辑电路和多输出组合逻辑电路。

注意：1.电路中不存在输出端到输入端的反馈通路。

2.电路不包含记忆元件。

3.电路的输出状态只由输入状态决定。

二、组合逻辑电路的分析方法分析的含义：给出一个组合逻辑电路，分析它的逻辑功能。

分析的步骤: 1.根据给出的逻辑电路图，逐级推导，得到输出变量相对于输入变量的逻辑函数。

2.对逻辑函数化简。

3.由逻辑函数列出对应的真值表。

4.由真值表判断组合电路的逻辑功能。

三、组合电路的分析举例１、试分析图3-1所示的单输出组合逻辑电路的功能解：（1）由G1、G2、G3各个门电路的输入输出关系，推出整个电路的表达式：Z1=ABCF=Z1+Z2 （2）对该逻辑表达式进行化简：（3）根据化简后的函数表达式，列出真值表3-1。

（4）从真值表中可以看出：当A、B、C三个输入一致时（或者全为“0”、或者全为“1”），输出才为“1”，否则输出为“0”。

所以，这个组合逻辑电路具有检测“输入不一致”的功能，也称为“不一致电路”。

２.试分析图3－2所示的输出组合逻辑电路的功能解：（1）由G1、G2、G3、G4、G5各个门电路的输入、输出关系，推出整个组合逻辑电路的表达式：（2)对该逻辑表达式进行化简：（3）根据化简后的函数表达式，列出真值表3-2。

（4）若设A、B各为一位二进制加数，则从真值表中可以看出，S为两加数相加后的一位和、C为两加数相加后的进位值。

PLC控制系统的结构与设计PLC（可编程逻辑控制器）是一种专用的数字计算机，用于控制自动化工业过程。

PLC控制系统的设计和结构是为了实现对工业过程的准确控制和监测。

下面将详细介绍PLC控制系统的结构和设计。

PLC控制系统主要由以下四个部分组成：输入设备、处理单元、输出设备和编程设备。

输入设备用于将信号（来自工业过程）转换为数字输入，处理单元是PLC的核心，负责处理输入和输出设备之间的信号传递和逻辑运算，输出设备将处理单元的输出信号转换为实际控制操作，编程设备用于程序的编写和修改。

PLC控制系统的设计是基于以下原理进行的：输入设备读取来自工业过程的信号，并将其转换为数字信号。

这些数字信号传送到处理单元中，在处理单元内进行逻辑运算以确定所需的控制操作。

处理单元将运算结果发送到输出设备，输出设备将其转换为适当的控制信号，并将其发送到实际控制装置（例如电机、阀门等）。

在PLC控制系统中，输入设备可包括传感器、开关、按钮等。

传感器用于检测工业过程中的物理量，例如温度、压力、流量等。

开关和按钮用于手动输入控制命令或执行紧急停止操作。

这些输入设备通过电气信号或通信协议将信号传送到PLC的输入模块。

处理单元是PLC的核心部分，通常由中央处理单元（CPU）、存储器和输入/输出接口组成。

中央处理单元负责读取输入模块的信号，并根据程序和逻辑进行相应的计算。

存储器用于存储程序、数据和中间结果。

输入/输出接口则用于与输入设备和输出设备之间的数传递。

输出设备用于将处理单元的输出信号转换为实际控制操作。

输出设备包括继电器、电磁阀、电机驱动器等。

这些设备将输出信号转换为控制信号，并将其发送到实际控制装置以实现所需的操作。

输出设备通常与PLC的输出模块连接，通过电气信号或通信协议将控制信号传送到这些设备。

在PLC控制系统中，程序的编写和修改通过编程设备进行。

编程设备可以是个人计算机或专用的编程控制器。

编程设备通过特定的编程软件与PLC进行通信，并允许用户创建、修改和查看PLC的程序。

计算机组成原理中cu计算机组成原理中的CU是指控制单元（Control Unit），它是计算机中的一个重要组成部分，负责控制计算机的各个部件协同工作，实现指令的执行和数据的处理。

控制单元是计算机的大脑，它负责解析指令、生成控制信号，并将控制信号发送给其他部件，以协调和控制计算机的运行。

控制单元通过指令寄存器（Instruction Register）获取指令，并对指令进行解码，确定需要执行的操作类型和操作数。

然后，控制单元将操作类型和操作数传递给执行单元（Execution Unit），执行单元根据控制信号进行运算和数据处理。

控制单元的主要功能包括指令译码、时序控制、地址生成、中断处理等。

指令译码是控制单元的核心任务之一，它根据指令的操作码（Opcode）确定指令的类型和执行方式。

控制单元根据指令的操作类型生成相应的控制信号，控制各个部件的工作，使其按照指令要求进行操作。

时序控制是控制单元的另一个重要功能，它负责生成和分发时钟信号，控制各个部件按照时钟信号的节奏工作。

时序控制的正确性和稳定性直接影响着计算机的运行速度和性能。

地址生成是控制单元的另一个任务，它根据指令中的地址信息生成实际的物理地址，用于访问内存或外设。

中断处理是计算机系统中的一个重要机制，它允许外部设备向CPU 发送中断请求，使CPU暂停当前任务，转而处理中断请求。

控制单元负责监测和处理中断请求，根据中断类型生成相应的中断处理程序，并在适当的时候保存和恢复现场，保证中断处理的正确性和可靠性。

控制单元的设计和实现涉及到多种技术和方法，包括组合逻辑电路、时序逻辑电路、状态机设计等。

在控制单元的设计过程中，需要考虑指令的复杂性、时序的要求、资源的分配等因素，以实现高效、稳定和可靠的控制功能。

控制单元作为计算机的重要组成部分，起着协调和控制计算机运行的关键作用。

它通过解析指令、生成控制信号，实现指令的执行和数据的处理。

控制单元的设计和实现需要考虑多种因素，以满足计算机的运行要求。