路燈控制器的設計與制作

路燈控制器的設計與制作學生：XXX 指導教師：XXX內(nèi)容摘要：本次主要介紹模擬電路與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA組合完成路燈控制器設計與制作的思路和具體方法，還簡要介紹路燈控制器當前的發(fā)展現(xiàn)狀、功能及其應用場合，附帶介紹路燈控制器設計與制作的其它兩種方案即模擬電路與數(shù)字電路組合、模擬電路與單片機組合。但本文側(cè)重于介紹各單元電路的設計和各程序模塊的編寫以及設計中所使用到的特殊器件的介紹和使用方法。其中程序編輯編譯和波形仿真是借助QuartusU軟件完成，單元電路仿真。Multisim7仿真軟件完成，本次設計采用模擬電路與現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA組合具有簡化整體設計，提高整體電路的穩(wěn)定性和可靠性，易實現(xiàn)設計要求等優(yōu)點，缺點是購買開發(fā)板的成本較高。關(guān)鍵詞：模擬電路FPGAQuartusH路燈控制器Abstract:StreetlightcontrollerdesignandproductionAbstract:ThispapermainlyintroducestheanalogcircuitsandfieldprogrammablelogicdevicesFPGAcombinationcompletestreetlightcontrollerdesignandmanufactureoftheideasandspecificmethods,abriefintroductiontothecurrentsituationofthedevelopmentofthestreetlightcontroller,functionanditsapplications,introducestreetlightcontrollerwithdesignandproductionoftheothertwoschemesthatanaloganddigitalcircuitcombination,analogcircuitsandsingle-chipmicrocomputercombination.Butthisarticlefocusontheintroductionofeachunitcircuitdesignandeachprogrammoduleanddesignofthewritingoftheuseofthespecialdeviceisintroducedandusingmethod.OneprogrameditscompileandwaveformsimulationisQuartusbynsoftware,unitcircuitsimulation.Multisim7simulationsoftware,thisdesignUSEStheanalogcircuitsandfieldprogrammablelogicdevicesFPGAcombinationhassimplifiedtheoveralldesign,improvethestabilityandreliabilityofthewholecircuit,easytorealizethedesignrequirementsandotheradvantages,disadvantagesistobuyhighcostdevelopmentboard.Keywords：analogcircuitsFPGAQuartusHstreetlightcontroller目錄TOC\o"1-5"\h\z前言 1\o"CurrentDocument"1選題及前期調(diào)研 11.1路燈控制器簡介 11.2路燈控制器特點及應用 11.3選題依據(jù) 11.4設計目標和內(nèi)容 1\o"CurrentDocument"2方案選擇與論證 12.1方案一：模擬電路與數(shù)字電路組合 12.2方案二：模擬電路與可編程邏輯器件組合 22.3方案三：模擬電路與單片機組合 3\o"CurrentDocument"2.4VHDL語言及QuartusU軟件簡介 4\o"CurrentDocument"VHDL語言簡介 4QuartusU軟件簡介 52.5數(shù)碼管和EDA實驗箱簡介 62.5.1數(shù)碼管簡介 6\o"CurrentDocument"EDA實驗箱簡介 6\o"CurrentDocument"3總體方案設計和單元模塊設計 63.1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 63.2單元模塊設計 73.2.1直流穩(wěn)壓電源模塊 73.2.2三端穩(wěn)壓器介紹 83.2.3三極管小信號放大電路模塊 83.2.4三極管開關(guān)電路及控制電路模塊 93.2.5電磁式繼電器介紹 10\o"CurrentDocument"4結(jié)束語 12附錄 13\o"CurrentDocument"參考文獻 14路燈控制器設計制作刖言伴隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類社會的進步。越來越多的電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，而且電子產(chǎn)品的體積越來越小。并且功能大，效率高，能耗低。我們設計的產(chǎn)品充分體現(xiàn)了這個特點。設計中我們運用了專業(yè)知識，內(nèi)置AD轉(zhuǎn)化，并且能夠輸出PWM信號，使外部電路簡單；運用DS1302時鐘芯片保證了時間的實時顯示，還運用了NE555構(gòu)成的多諧振蕩器與紅外發(fā)射二極管外設電路；顯示電路我們采用1602液晶顯示屏，是我的設計更加人性化。并且在我們的設計制作中充分考慮了環(huán)保的問題，我們運用的輔助器件就是剩下的廢料。1選題及前期調(diào)研1.1路燈控制器簡介隨著社會的發(fā)展，城市人口的不斷增加，城市建設規(guī)模的擴大化。為完善城市的基礎(chǔ)設施建設和諧、安全的城市人居環(huán)境、美化城市，路燈控制器的設計要求不斷提高?，F(xiàn)在市場上生產(chǎn)路燈控制器的生產(chǎn)廠家眾多，控制器功能齊全，智能化程度比較高，路燈控制器的類型也層也不窮。例如，路燈太陽能控制器、智能路燈節(jié)能控制柜、路燈節(jié)電控制柜、路燈節(jié)能電器等一系列的路燈控制器。路燈控制器集電磁技術(shù)、智能化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)控制技術(shù)于一體，在可控和平緩的方式下智能調(diào)節(jié)，路燈控制器實現(xiàn)公共照明系統(tǒng)的工作電流與亮度需求的理想結(jié)合達到節(jié)電和優(yōu)化供電目的，路燈控制器節(jié)能率可高達20%-40%，對用電系統(tǒng)的保護作用可使其壽命延長3-4倍。路燈控制器主要采用優(yōu)質(zhì)、高性能元器件，（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計且極少運用活動的元器件，保證了極高的產(chǎn)品工作安全性，因而確保為用戶單位提供更安全、可靠和更優(yōu)性能的產(chǎn)品服務。路燈控制器現(xiàn)有兩種類型，室內(nèi)型：安裝在室內(nèi)照明控制柜下端；戶夕卜型：可按照用戶要求進行安裝，放置在不銹鋼的機柜里。其中光控型路燈控制器廣泛應用于城市建設，光控型路燈控制器都開啟和關(guān)閉都是通過采集自然光強弱的變化轉(zhuǎn)化成電壓電流的變化控制路燈的亮滅，具有自動控制的功能，能最大效率的節(jié)約電能而且在恰當時候開啟，給行人提供方便。1.2路燈控制器特點及應用（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計現(xiàn)代路燈控制器具有的特點：采用先進的微處理芯片，高可靠性、誤差小、低成本、穩(wěn)定性強，具有斷電數(shù)據(jù)保存，時鐘不間斷工作，無需更換電池，維持時鐘運行十年以上；采用數(shù)碼管準確顯示路燈一次連續(xù)開啟的時間和路燈總共的開啟次數(shù)；抗干擾能力強，能抵御從電網(wǎng)直接輸入幅值達 250伏的干擾脈沖；大功率繼電器輸出，可接220伏或380伏接觸器，控制穩(wěn)定，使用壽命長，體積小，安裝簡單。路燈控制器廣泛應用于市政道路、高速公路、橋梁、隧道、園林、碼頭、觀光景燈、體育廣場、游樂場所、廣告燈箱等公共照明環(huán)境；路燈控制器適用的燈具類型：高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈、高熒光燈等所有氣體放電式照明燈具。1.3選題依據(jù)路燈控制器的設計與制作從理論意義來說可以將本人所學的知識系統(tǒng)的聯(lián)系起來形成一條主線，選擇此題目可以復習模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、EDA技術(shù)、單片機技術(shù)、可編程邏輯器件等相關(guān)知識的作用；本次設計我采用模擬電路和軟件編程相結(jié)合的方法完成本次設計的任務和要求，我們生活當中的消費類電子產(chǎn)品現(xiàn)在很多都是半智能或全智能化，而且實現(xiàn)電子產(chǎn)品智能化很多都是在程序為主要實現(xiàn)方法，例如，采用匯編程序，C程序，VHDL語言等編寫程序，可以在很大程度上節(jié)約成本，提高產(chǎn)品的智能化程度。設計要求采集自然光照控制路燈的開啟和停止，這不但能實現(xiàn)自動化控制而且還能合理利用電能，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配制，且對我本人而言設計難易程度適中。從實際來說，路燈控制器在我們的生活中應用十分廣泛，尤其在街道兩旁，當我們在夜晚狂街時路燈發(fā)揮著具大的作用，為行人提供方便，同時也使城市的夜景別具特色，遠望去到處是燈火輝煌，在現(xiàn)代生活中隨著人民生活水平的提高，路燈控制器的設計要求和技術(shù)含量也不斷提高，所以選擇控制器的設計與制作可以培養(yǎng)本人的設計思維，調(diào)動學習（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計積極性，實踐過程中可以起到練習故障查找、處里能力，練習焊接技術(shù)。1.4設計目標和內(nèi)容利用模擬電路和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）設計制作路燈控制器，并使用QuartusII開發(fā)平臺對時、分、秒、分頻、計數(shù)、動態(tài)掃描顯示各模塊進行編程和仿真驗證，路燈控制器的設計與制作分兩個部分：采光控制部分和計數(shù)（包括路燈當前一次的連續(xù)開啟時間和路燈的開啟次數(shù)的計數(shù)）顯示輸出部分。然后在將兩部分整合在一起就完成路燈控制器的設計，通過采光、光電轉(zhuǎn)換控制部分輸入控制信號，計數(shù)顯示輸出部分就能正確顯示當前的控制狀態(tài)和輸出狀態(tài)。2方案選擇與論證2.1方案一：模擬電路與數(shù)字電路組合模擬電路部分包括直流穩(wěn)壓電源、光電轉(zhuǎn)換、小信號放大、三極管開關(guān)電路，直流穩(wěn)壓電源又包括降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分，即可得到直流穩(wěn)定12V電壓；數(shù)字電路主要有秒肪沖、計數(shù)、譯碼七段數(shù)碼管顯示。利用模擬電路提供12V直流穩(wěn)定電壓，完成采光和小信號放大并產(chǎn)生控制信號控制繼電器的吸合，三極管的開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號和使能信號；數(shù)字電路負責顯示路燈當前一次的連續(xù)開啟時間和統(tǒng)計路燈的開啟次數(shù)。模擬電路部分用到的元件及作用：三極管9013用于小信號放大和開關(guān)，光敏電阻完成光電輪換，普通碳膜電阻根據(jù)三極管需要提供適當?shù)钠秒妷汉透綦x、保護作用，繼電器在開關(guān)三極管的控制下用于接通和斷開路燈回路。數(shù)字部分用到的元件：555定時器，74LS160計數(shù)器、74LS48譯碼器、七段顯示數(shù)碼管，其中555定時器產(chǎn)生秒脈沖，用于驅(qū)動74LS161計數(shù)，74LS48負責譯碼將74LS161計數(shù)的4位二進數(shù)譯碼成7位二進制以驅(qū)動七段數(shù)碼管正常工作。模擬電路與數(shù)字電路組合總體看來具有設計思路清晰、價格成本低、穩(wěn)定性高、易現(xiàn)實，但電路結(jié)構(gòu)相對復雜，需要購買許多電子元件和集成塊，，整體電路調(diào)試困難，設計框圖如圖2.1-1所示：圖2.1-1設計框圖2.2方案二：模擬電路與可編程邏輯器件（FPGA）組合方案二中模擬電路部分和方案一完全相同，在此不在贅述，重點介紹FPGA器件的設計部分，目前FPGA主要有ALTERA公司的ACEX、MAX系列、XILINX的Virtex_4系列等，其中ALTERA公司的ACEX系列FPGA在教學中用得較多；FPGA采用了邏輯單元陣列LCA內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸出輸入模塊IOB和內(nèi)部連線三個部分。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。在本次設計中FPGA采用的是ALTERA公司MAXII系列EPM240T100C5N開發(fā)板，開發(fā)板內(nèi)部是人為將實際需要的電路功能用VHDL語言語法描述出來，然后能過下載線將程序下載到芯片內(nèi)部，程序的主要任務是負責完成路燈當前一次的連續(xù)開啟時間的記錄和統(tǒng)計路燈的開啟次數(shù)，完成這一功能將是由不同功能的程序模塊組合在一起。在滿足芯片正常工作的外部件后，當控制端的使能信號來時芯片執(zhí)行內(nèi)部程序并將執(zhí)行程序的結(jié)果從芯片的輸出端口輸出，驅(qū)動后序電路工作。方案二除模擬電路和方案一相同外還具有自身的特點：此方案采用EPM240T100C5N開發(fā)板代替方案一中的數(shù)電路部分使整體設計簡單化，同時要求設計人員要有一定的實際(完整word版)路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計功能分析，將功能程序化和VHDL程序編寫能力，對設計人員的技術(shù)要求比方案一的高，使電路具有比較好的穩(wěn)定性和靈敏度，缺點是購EPM240T100C5N開發(fā)板成本較高，這樣一來就使得整個設計的成本增加。方案二的設計框圖如圖2.2-1所示：220V直流穩(wěn)壓電源光電轉(zhuǎn)換小信號放大三極管開關(guān)＞繼電器FPGA路燈數(shù)碼管光電轉(zhuǎn)換小信號放大三極管開關(guān)＞繼電器FPGA路燈數(shù)碼管圖2.2-1設計框圖2.3方案三：模擬電路與單片機組合方案三中模擬電路部分主要負責提供直流穩(wěn)壓電源，在此不在贅述。單片機是指集成在一個芯片上集成了一臺微行計算機所需的CPU、存儲器、輸入輸出端口和時鐘電路等，也被稱為微控制器(Microcontroler)，具有體積小、價格便宜、性能穩(wěn)定、通用性好、易生產(chǎn)、抗干擾能力強，使用靈活等特點。單片機集成芯片常用的有AT89系列、MCS-51系列等，其正常工作條件必須滿足5V供電、時鐘電路、復信電路正常，單片機主要應用于智能儀表、工業(yè)實時控制、機電一體化、通信接口、家用電器等，單片機程序的編寫采用C語言或匯編語言編寫，在外圍電路接上所需的夕卜部元件和設備在觸發(fā)信號到來時開始工作。方案三的設計原理：電源電路、時鐘電路、復位電路分別給單片機提供 5V電源、工作時鐘脈沖、復位信號以滿足單片機的正常工作條件，自然光的強弱經(jīng)光敏電阻轉(zhuǎn)換成電信號的大小，在經(jīng)過A/D變換將模擬的電信號變?yōu)閿?shù)字信號通過引腳加到單片機內(nèi)部，單片機動作后輸出電路包括路燈一次開啟的時間，路燈總共開啟的次數(shù)和路燈的通斷，方案三總體來說具有整體電路簡單、節(jié)約成本、穩(wěn)定性高、對觸發(fā)條件感應靈敏、所需要的外部元件少，但程序編寫過程復雜難懂，方案三的設計框圖如圖2.3-1所示：七段顯示數(shù)倒音七段顯示數(shù)倒音圖2.3-1設計框圖2.4VHDL語言及Quartus□軟件簡介2.4.1VHDL語言簡介VHDL語言是一種用于電路設計的高級語言，出現(xiàn)在80年代的后期，最初是由美國國防部開發(fā)出來供美軍用來提高設計的可靠性和縮減開發(fā)周期的一種使用范圍較小的設計語言。VHDL的英文全寫是：VHSIC（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）翻譯成中文就是超高速集成電路硬件描述語言，因此它的應用主要是應用在數(shù)字電路的設計中。目前，它的應用多數(shù)是用在FPGA/CPLD/EPLD的設計中，VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風格語句語法是十分類似于一般的計算機高級語言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設計稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分，及端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調(diào)用這個實體。(完整word版)路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計VHDL語言具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進行建模和描述，從而大大簡化了硬件設計任務，提高了設計效率和可靠性。同時還具有與具體硬件電路無關(guān)和與設計平臺無關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述為系統(tǒng)描述能力，并在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設計方面，表現(xiàn)了強大的生命力和應用潛力。VHDL設計流程如下：★創(chuàng)建工程，使用NewProjectWizard工具選項創(chuàng)建設計工程。★程序編輯編譯，利用Quartus口工具的文本或圖形編輯器將設計者的設計意圖用文本或圖形方式表達出來，完成設計描述后即可通過編譯器進行排錯編譯，變成特定的文本格式?！锓抡?，利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行功能仿真，以便了解設計描述與設計意圖的一致性?！镎{(diào)試，在仿真過程中若程序出現(xiàn)語法上的錯誤，程序?qū)⒉粫ㄟ^仿真同時會有相就的錯誤提示，此時就需要人為的根據(jù)錯誤提示修改程序，使程序正確并通過仿真?！锕璉腳邦定，弓I腳邦定是為了將程序下載到硬件電路并使電路正常工作得到我們希望的結(jié)果，此過程要依據(jù)集成芯片的內(nèi)總弓I腳與外部電路實現(xiàn)配對?！锵螺d，如果以上的所有過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以通過FPGA/CPLD下載電纜載入目標芯片中將程序下載到實際電路中?！镉布抡媾c測試。QuartusU軟件簡介QuartusII是Altera公司的綜合性PLD開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL(AlteraHardwareDescriptionLanguage)等多種設計輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設計輸入到硬件配置的完整PLD設計流程，QuartusII（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計除了可以使用丁。1腳本完成設計流程外，提供了完善的用戶圖形界面設計方式。具有運行速度快，界面統(tǒng)一，功能集中，易學易用等特點。此外，QuartusII通過和DSPBuilder工具與Matlab/Simulink相結(jié)合，可以方便地實現(xiàn)各種DSP應用系統(tǒng)；支持Altera的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級設計、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設計于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺，使用Quartus□軟件完成VHDL程序設計的一般步驟：★建立工程：file—newprojectwizard—next（輸入工程文件的路徑、工程文件名字、頂層文件名字）—finish?！锝⑽募篺ile—new—VHDL/blockdiagram?！镌闯绦蚓庉?、器件參數(shù)設置、編譯：assignment—setting—deviceacexlk—ep1k30tc144-3—ok—processing—startcompilation。★程序波形仿真：file—new—otherfile—vectorwaveformfile—（雙擊空白處）—noderfinder—filter—all—list（加入端口）—ok—ok—設置輸入信號—processing—startsimulation?！锕璉腳綁定：assignment—assignmenteditor—pin—雙擊門?？奢斎胍_編號—startcompilation?！锍绦蛳螺d:tool—progammer—handwaresetup—addhandware—byteblasterMVorbyteblastern—close—starto2.5數(shù)碼管和EDA實驗箱簡介2.5.1數(shù)碼管簡介數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼(完整word版)路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計管；數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，可以用來顯示數(shù)字、字符等。它在家電及工業(yè)控制中有著廣泛的應用，例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間等，具有顯示醒目、直觀的、成本低等優(yōu)點，數(shù)碼管實符號和引腳。其中7個發(fā)光二極管組成“8字形狀，加上小數(shù)點總共8個二極管，這些段分別用a、b、c、d、e、f、g、dp來表示，COM引腳為公共端，用來控制數(shù)碼管顯示的打開或關(guān)閉，即起到使能作用，數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到高電平，數(shù)字電路中所謂的高電平是指該點對地的電壓高于4.5V而小于或等于5V，低電平則為0V到2.5V之間。當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。2.5.2EDA實驗箱簡介ACEX1K30TC144-3實驗箱采用貼片元件、插接、集成芯片等元件組成，接口豐富，功能強大，不但具備一般開發(fā)板的普通接口如串口、按鍵、指示燈等，還設計了高級接口如PS/2、VGA接口等，并且專門設計了實驗接口區(qū)，使用者可根據(jù)自己的需要向本系統(tǒng)添加電路，方便了用戶的實驗。最為重要的是，此實驗箱考慮到初學者的經(jīng)濟承受力，采取了巧妙設計，為用戶提供了實惠的價格完成了一些高級功能，是市面上性價比較高的產(chǎn)品。ACEX1K30TC144-3FPGA實驗箱結(jié)構(gòu)3總體方案設計和單元模塊設計3.1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計根據(jù)本人對所學知識的理解、掌握、應用程度和本人現(xiàn)能提供的電子元件或設計中需要用到的器材，此次畢業(yè)設計我選擇方案二完成此次設計的任務和要求，總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1-1所示：圖3.1-1圖3.1-1總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2單元模塊設計3.2.1直流穩(wěn)壓電源模塊直流穩(wěn)壓電源是一種將220V交流電壓變成所需要的、穩(wěn)定的直流電壓輸出的電路。直流穩(wěn)壓電源由降壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四部分構(gòu)成，電路組成框圖如圖3.2-1所示：■負■負 F4心、負壓—電? -路4圖3.2-1電路組成框圖降壓電路的作用是將220V的交流電壓變成需要大小的交流電壓，整流電路的用用是（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計將低壓的交流電壓經(jīng)整流變成脈動的直流電壓；濾波電路的作用是將脈動的直流電壓濾成平滑直流；穩(wěn)壓電路則完成輸出平滑穩(wěn)定的直流電壓供給負載電路。在此次設計中降壓采用變壓器進行降壓，整流電路的原理是利用二極管的單向?qū)щ娞匦詫⒋笮『头较螂S時間變化的低壓交流電變成只有大小變化而無方向變化的脈動直流，實際運用中選取四支二極管組成橋式整流器或集成的橋堆進行整流，具有利用率高、紋波小等特點。濾波電路常用的有電容濾波、電感濾波和復合濾波電路，電容濾波是利用電容器兩端的電壓不能突變和存儲電能的作用，電感濾波是利用電感中電流不能突變的原理，而復合濾波電路則是將兩者都包括進來，具有還好的濾波效果。穩(wěn)壓電路是不論電網(wǎng)電壓或負載發(fā)生變化時能基本保持輸出電壓穩(wěn)定不變。二極管的平均電流為流過負載的總電流，因負載的阻值不確定，所以暫定。綜上所推理直流穩(wěn)壓電路中各元件的取如下：T1用輸出電流較大的E型電源變壓器如DB—20—2,整流二極管選用IN4001?IN4007均可，濾波電容C2選用耐壓值25?50V，容量為1000uF或2200uF,C5選用耐壓值25?50V，容量為220uF即可，C6、C7為濾除電流中高頻成分選用瓷片電容或，獨石電容，云母電容等均可。3.2.2三端穩(wěn)壓器介紹三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器，在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應用，固定三端穩(wěn)壓器的圖形如右圖所示。固定三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（正電源）和79系列（負電源），輸出電壓由具體型號中的后面兩個數(shù)字代表，有5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24V等檔次。輸出電流以78（或79）后面加字母來區(qū)分L表示0.1;AM表示0.5A，無字母表示1.5A,（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計如78L05表求5V0.1A，另夕卜一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時，輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器,而損壞器件。可調(diào)三端穩(wěn)壓器也分為輸出正電壓（CW317）和輸出負電壓（CW337）兩個系列，它的三個端子分別為輸入端、輸出端、調(diào)整端。應用特點是在調(diào)整端外接一個固定電阻和一個電位器，調(diào)節(jié)電位器就可實現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，得到所需要的輸出直流電壓，一般輸出電流不小于5mA，輸入電壓范圍在3?40V之間，輸出電壓可調(diào)范圍為1.25?37V.3.2.3三極管小信號放大電路模塊光電轉(zhuǎn)換選用光敏電阻為核心元件，其特點是光照增強時，電阻減小，光照減弱時，電阻增大，從而改變加在光敏電阻上的電壓，完成光電轉(zhuǎn)換過程。三極管小信號放大電由三極管和電阻構(gòu)成，采用分壓穩(wěn)定偏置電路.為使電路處于放大狀態(tài)必須滿足：必須使放大器件處于合適的直流工作狀態(tài)，即就保證三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏置?！锉仨毐ＷC放大電路有合適的交流工作條件，輸入信號能夠加到放大管的輸入端，放大電路的電壓或電流能夠盡可能的送至負載。★必須合理選擇放大電路元件的參數(shù)。因電路要工作在放大狀態(tài)，根據(jù)使電路處于放大狀態(tài)的3個條件可知三極管的Uc>Ub>Ue,當光敏電阻自身的阻值為14K左右時電路處于放大狀態(tài)，所以人為規(guī)定R2=100K，則放大電路中各元件的值可由以下公式算出：三極管處于放大時Ube0.7V,R=R5//R2=15K可得R1<240K，實際應用中R1=36K。當R1=36K時:（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計由以上公式計算出Ub=3.54V,Uc=5V,Ue=2.8V滿足Uc>Ub>Ue，當光敏電阻的阻值為14K左右時三極管放大電路觸發(fā)，處于放大狀態(tài)。3.2.4三極管開關(guān)電路及控制電路模塊從小信號放大電路輸出的控制電壓控制三極管Q2的工作狀態(tài)，因要求Q2工作在開關(guān)狀態(tài)才能起到控制作用，所以要求小信號放大電路的輸出電壓、電流幅值較大，因為設計中使用的小信號放大電路是典型的共集電極放大電路（又叫電壓跟隨器或射隨器），從IO1輸出的電壓和電流經(jīng)過R4電阻加到三極管Q2的基極從而起到控制Q2導通和截止的作用。當Q2導通時繼電器K1、K2的線圈同時上電，根據(jù)電磁感應原理將電壓轉(zhuǎn)化成磁能吸合銜鐵，繼電器的常開觸點吸合，常閉觸點斷開，使路燈供電電路形成回路，路燈發(fā)光起到照明作用，同時en和countclk輸出5V控制電壓，反之路燈熄滅，en和countclk輸出0^二極管D3與K2線圈并聯(lián)，D5與K1線圈并聯(lián)，因繼電器中的線圈可看作是一個電感線圈，當K1、K2突然斷開時線圈中的電流不能突變而K1、K2線圈自身還會產(chǎn)生一個很大的電動勢會擊穿Q2等元件，因此在并上D3、D5后K1、K2斷電瞬間產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)過D3、D5又重新加到K1、K2兩端中和掉K1、K2自身產(chǎn)生的電動勢，起到保護電路的作用。此模塊中12V的直流電壓先經(jīng)過三端穩(wěn)壓器U1穩(wěn)壓后，再經(jīng)過C8、C10濾波后得到5V的直流電壓，考濾到電容的儲能的作用會增大設計結(jié)果的誤差，所以將5V直流電源放在控制回路之前。其中en作為統(tǒng)計路燈當前一次的連續(xù)開啟時間的使能信號，countclk作為統(tǒng)計路燈的開啟次數(shù)的脈沖（countclk、。門可互換）。D4起保護三端穩(wěn)壓器的作用，以免電容充電電壓過高形成灌電流損壞三端穩(wěn)壓器，三極管開關(guān)電路及控制電路如圖3.2.4-1所示：圖3.2.4-1三極管開關(guān)電路及控制電路圖3.2.5電磁式繼電器介紹電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸（常閉觸點）點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的〃常開、常閉〃觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為〃常開觸點〃；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為〃常閉觸點〃。電磁式繼電器主要參數(shù):（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計★額定工作電壓：是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓，也就是控制電路的控制電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓?！镏绷麟娮瑁菏侵咐^電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。★吸合電流：是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀?！镝尫烹娏鳎菏侵咐^電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。繼電器測試：★測觸點電阻：用萬能表的電阻檔，測量常閉觸點與動點電阻，其阻值應為0，而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區(qū)別出那個是常閉觸點，那個是常開觸點?！餃y線圈電阻：可用萬能表Rx10Q檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現(xiàn)象?！餃y量吸合電壓和吸合電流：找來可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進行監(jiān)測。慢慢調(diào)高電源電壓，聽到繼電器吸合聲時，記下該吸合電壓和吸合電流?！餃y量釋放電壓和釋放電流：當繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當聽到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時，記下此時的電壓和電流即為釋放電壓和釋放電流，繼電器的電路符號、實物及接法如圖3.2.5-1所示：圖3.2.5-1實物連接圖4結(jié)束語在本次課程設計中我的設計題目是路燈控制器的設計與制作，我選擇方案二即模擬電路與可編程邏輯器件組合完成本次設計的任務和要求，設計中也遇到不少的困難和疑惑，特別是在電路仿真和程序仿真。在此本人舉兩例加以說明：第一，在分頻程序波形仿真時遇到很大困難，先首是在符合VHDL語言語法之下按照本人邏輯思維編寫出程序并通過編譯，本以為就萬事大吉了，可在波形仿真結(jié)束后卻不見波形出來，經(jīng)過反復檢查程序語法，改進設計思維，查找相關(guān)資料，修改Quartus軟件參數(shù)等，歷盡千幸萬苦終于有了波形。第二，在三極管小信號放大電路設計中各元器件參數(shù)的計算，先首用論理公試按照設計要求計算出各元件的值，然后在Multisim7仿真軟件中仿真，其仿真結(jié)果與理論計算值存在很大差異，經(jīng)過調(diào)整軟件參數(shù)，尋問老師等，最終使得仿真結(jié)果與理論值近似，在解決困難和疑惑中的艱辛難以用語言表達出來。通過此次設計，我深深地感觸到基礎(chǔ)知識的重要性，任何細節(jié)都離不開基礎(chǔ)知識的指導，設計中任何細節(jié)都不能忽略，它很可能就是導致你設計成敗的關(guān)鍵。設計需要有相關(guān)扎實的基礎(chǔ)知識了，還要有一定的實際動手能力。此外，通過此次設計鞏固和拓展我以前（完整word版）路燈控制器的設計與制作-畢業(yè)設計所學的知識，明白自己有許多方面的缺點和不足。這次設計給我最大的啟示：態(tài)度決定高度，細節(jié)決定成敗日月如梭，轉(zhuǎn)眼就要告別我的大學生涯，閉上眼，3年的大學生活歷歷在目。3年前剛踏進校門的那一刻，我還是一個不知世故的懵懂少年，3年的大學生活，讓我收獲知識，收獲成績，更讓我懂得了如何做人。感謝我的父母，在我的成長和求學過程中，父母不僅在經(jīng)濟上承受著巨大的負擔，心里更有思子之情的煎熬與望子成龍的期待，每次回到家時父母的欣喜之情和每次離家時父母依依不舍的情形與囑咐，皆使我刻苦銘心。我的父母，你們幸苦了感謝我的指導老師XX老師，是你傳授我知識，給我?guī)椭凸膭?，教會我如何做人、如何做事，謝謝你，你們幸苦了。感謝所有的同學，三年我們一起學習，平時各位同學的喜、怒、哀、樂都令我一生難忘，現(xiàn)在回想起來，認識各們同學都是我一生的榮幸，在未來的工作和生活中，我期望我們?nèi)詫⒁宦吠小Ｗ詈?，就讓我們把這充實而又充滿意義的3年放進回憶。眼前，一條新的道路已在腳下，抓住機會，放眼未來，讓我們在社會的大浪中去磨練自己，實現(xiàn)自己的人生理想。我再次深深感謝所有的人，祝你們身體健康，生活愉快。附寸錄1:FPGA頂層文件原理圖頂層文件原理圖C_UHi.===一二三e;e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