基于FPGA的交通灯控制器设计0001

1、交通灯控制器设计专业：计算机应用技术班级：计应2班学号：姓名： II基于FPGA的交通灯控制器设计摘要超高速硬件描述语言VHDL，是对数字系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，利用EDA工具可以在电子设计的各个阶段、各个层系进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性，可大大降低设计成本，缩短设计周期。本文介绍的数字秒表设计，利用基于VHDL的EDA设计工具，采用大规模可编程逻辑器件FPGA，通过设计芯片来实现系统功能。交通灯控制系统可以实现路口红绿灯的自动控制。基于FPGA设计的交通灯控制系统具有电路简单、可靠性强、实时快速擦写、运算速度高、故障率低、可靠性高,而且体积小的特点。

2、本设计采用Altera公司Cyclone系列的EPlC3T1444C8芯片，在Quartusll软件平台上使用VHDL语言，采用自顶向下的设计方法对系统进行了模块化设计和综合，并进行了仿真。该系统可实现十字路口红绿灯及左转弯控制和倒计时显示，仿真结果结果表明系统能够自动控制交通灯转变。关键词：VHDL，交通灯，EDA目录TOC o 1-5 h z、八、前言第1章FPGA概述2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document FPGA的简介2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document FPGA的应用2 HYPERLIN

3、K l bookmark20 o Current Document 第2章VHDL硬件描述语言3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document VHDL程序基本结构3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 实体4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 结构体4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 库5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.2VHDL语言5 HYPERL

4、INK l bookmark32 o Current Document VHDL文字规则5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document VHDL数据对象5 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document VHDL数据类型6 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document VHDL顺序语句6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document VHDL并行语句6 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第3章系

5、统设计与仿真7 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 系统介绍7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 设计任务7 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 设计要求7 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 系统设计仿真8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 顶层框图的设计8时序状态图的设计9 HYPERLINK l bookmark56 o Current Docum

6、ent 工程设计流程框图：10 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 芯片的选择10各个模块的设计与仿真11结论27附录错误!未定义书签。 八f1前言当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断进行更新换代，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师更愿意自己设计专业集成电路(ASIC)芯片，而且希望设计周期尽可能短，最好在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程器件(FPLD)。现场可编程门阵列(FPGA)即属其中应用最广泛的

7、一种。随着电子技术的发展，特别是大规模集成电路和计算机技术的研制和发展，让电子产品设计有了更好的应用市场，实现方法也有了更多的选择，而电子电路的设计却变得越来越复杂，使用“语言”进行电子设计已成为一种趋势。现代电子系统设计方法是设计师自己设计芯片来实现电子系统的功能，将传统的固件选用及电路板设计工作放在芯片设计中进行。在这些专业化软件中，EDA(ElectronicDesignAutomation)具有一定的代表性，EDA技术是一种基于芯片的现代电子系统设计方法。基于EDA技术的现场可编程门阵列(FPGA)电(ASIC)，在数字系统设计和控制电路中越来越受到重视VHDL语言是电子设计的主流硬件

8、描述语言,它更适合进行行为描述,这种方式使得设计者专注于电路功能的设计，而不必过多地考虑具体的硬件结构。基于EDA技术的现场可编程门阵列(FPGA)电路，提出现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展的大规模可编程专用集成电路(ASIC),在数字系统设计和控制电路中越来越受到重视。VHDL语言是电子设计的主流硬件描述语言,它更适合进行行为描述,这种方式使得设计者专注于电路功能的设计,而不必过多地考虑具体的硬件结构。第1章FPGA概述FPGA的简介FPGA（FieldProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路

9、领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。FPGA的应用FPGA的应用可分为三个层面：电路设计，产品设计，系统设计。1电路设计连接逻辑，控制逻辑是FPGA早期发挥作用比较大的领域也是FPGA应用的基石。事实上在电路设计中应用FPGA要求开发者要具备相应的硬件知识（电路知识）和软件应用能力（开发工具）。2产品设计把相对成熟的技术应用到某些特定领域开发出满足行业需要并能被行业客户接受的产品。这方面主要是FPGA技术和专业技

10、术的结合问题，重点在性能，FPGA技术在这个领域是一个实现手段，FPGA因为具备接口，控制，功能IP,内嵌CPU等特点有条件实现一个构造简单,固化程度高，功能全面的系统产品设计。3系统级应用系统级的应用是FPGA与传统的计算机技术结合，实现一种FPGA版的计算机系统如用XilinxV-4,V-5系列的FPGA，实现内嵌POWERPCCPU,然后再配合各种外围功能，这个平台上跑LINIX等系统这个系统也就支持各种标准外设和功能接口了，这对于快速构成FPGA大型系统来讲是很有帮助的。第2章VHDL硬件描述语言2.1VHDL程序基本结构一个相对完整的VHDL程序通常包含实体、结构体、配置、程序包和库

11、5个部分。程序模板如下：LIBRARYlibraryname;USElibraryname.packagename.all;ENTITYentitynameISGENER(parametername:string:=defaultvalue;parametername:integer:=defaultvalue);PORT(inputname,inputname:INSTD-LOGIC;Inputvectorname:INSTD_LOGIC_VECTOR(highDOWNTOlow);outputname,outputname:OUTSTD_LOGIC);ENDentityname;ARCHI

12、TECTUREaOFentitynameISSIGNALsignalname:STD_LOGIC;BEGIN-processstatement(optional)-generatestatement(optional)ENDa;实体实体一般用来描述所设计的系统的外部接口信号，是可视部分；其中最重要的部分是端口说明。端口说明语句是对于一个设计实体界面的说明。端口名是赋予每个系统引脚的名称。一个实体通常有一个或多个端口，端口类似于原理图部件符合上的管脚。实体与外界交流的信息必须通过端口通道流入或流出。IEEE1064标准包中定义了四种端口模式，其功能及符号分别是IN、OUT、INOUT、BUFFE

13、R、LINKAGE。结构体结构体用于描述系统内部的结构和行为，建立输入输出之间的关系。在一个实体中，可以含有一个或一个以上的结构体，而在每一个结构体中又可以含有一个或多个进程以及其他的语句。其中，实体名必须是被设计的实体的名字。结构体中的说明语句是对结构体的功能描述语句中将要用到的信号、数据类型、常数、元件、函数和过程等加以说明的语句。结构体包含两类语句：并行语句和顺序语句。在PROCESS中的语句是顺序执行的，当PROCESS所带的敏感信号发生变化时，PROCESS中的语句就会执行一遍。库库使用说明用于打开（调用）本设计实体将要用到的库，库是专门存放预编译程序包的地方IEEE库:在IEEE库

14、中有一个STD_L0GIC的包，它是IEEE正式认可的包。STD库：STD库是VHDL的标准库，在库中有名为STANDARD的包。在使用库之前，一定要进行库说明，库的说明总是放在设计单元的前面。VHDL语言VHDL文字规则VHDL文字主要包括数值和标识符。数值型文字主要有数字型、字符串型和位串型。数字型文字有：整数文字（十进制数）、实数文字（十进制数，必须带有小数点）、以数字基数表示的文字。字符串型文字有：文字字符串、数位字符串、标识符。VHDL数据对象在VHDL中，数据对象类似于一种容器，接受不同数据类型的赋值。数据对象有3种：即常量、信号、变量。常量是固定值，不能在程序中被改变。变量时一个

15、局部量，是一个临时数据，没有物理意义。它只能在Process和Function中定义，必须在进程和子程序的说明性区域说明,并只在其内部有效。信号是描述硬件系统的基本数据对象，代表连接线，Port也是一种信号。VHDL数据类型VHDL是一种强类型语言，要求设计实体中的每一个常数、信号、变量、函数以及设定的各种参量都必须具有确定的数据类型，并且只有相同的数据类型的量才能互相传递和作用。VHDL的基本类型有：bit（位）、bit-Vector（位矢量）、Boolean、time、character、string、integer、real。VHDL顺序语句VHDL有如下六类基本顺序语句：赋值语句、流程

16、控制语句、等待语句、子程序调用语句、返回语句、空操作语句。赋值语句有信号赋值语句和变量赋值语句两种。流程控制语句共有五种：IF语句、CASE语句、LOOP语句、NEXT语句、EXIT语句。IF语句根据条件句产生的判断结果：TRUE或FALSE，有条件地选择执行其后的顺序语句。CASE语句根据满足的条件直接选择多项顺序语句中的一项执行。空操作语句不完成任何操作，它常用于CASE语句中，利用它来表示所余的不用条件下的操作行为满足所有可能的条件。VHDL并行语句结构体中的并行语句主要有七种：并行信号赋值语句、进程语句、块语句、条件信号赋值语句、元件例化语句（其中包括类属配置语句）生成语句、并行过程调

17、用语句。第3章系统设计与仿真3.1系统介绍交通灯控制器用于自动控制十字路口交通灯和计时器，指挥各种车辆和行人安全通行。3.1.1设计任务设计一个十字路口交通控制器，方向分为东南西北四个方向。东西方向的红绿灯状态一样，南北方向的红绿灯状态一样。每个方向上，有四盏灯，分别是左转灯、红灯、绿灯和黄灯。左拐灯亮表示左转车辆可以通行；红灯亮表示左转和直行车辆禁行；绿灯亮表示直行车辆和右转的车辆可以通行；黄灯亮表示左转和直行的车辆即将禁行；倒计时显示器用来显示允许通行或禁止通行的时间倒计时。设计要求在十字路口东西方向和南北方向各设一组左转灯、；显示的顺序为：左转灯一绿灯一黄灯一红灯。在东西方向和南北方向各

18、设一组倒计时显示器。倒计时只显示对应方向上的红灯倒计时和绿灯倒计时。其余的状态不显示倒计时。左转灯、红灯、绿灯和黄灯亮的时间分别是15秒、80秒、45秒、5秒。状态表如表3-1所示：表3-1交通灯状态转换表状态soS1S2S3S4S5东西方向红红红红左转绿黄亮灯1545515455南北方向红左转绿黄红红红亮灯1545515455系统设计仿真对于交通灯控制器，可基于QuartusII软件，采用层次化混合输入方式进行设计，即顶层采用原理图设计，底层采用VHDL语言设计。3.2.1顶层框图的设计顶层原理图设计可以依据系统框图进行，有分频模块、控制模块、倒计时模块、红绿灯显示模块、译码模块、译码显示模

19、块6六部分组成，如图3-1所示：图3-1顶层原理图系统框图3.2.2时序状态图的设计图3-2交通灯时序状态图3.2.3工程设计流程框图：图3-3工程设计流程框图3.2.4芯片的选择在这次毕业设计中，我们选用的FPGA芯片是Altera公司的Cyclone（飓风）系列的芯片，型号为：EP1C3T144C8。它是基于1.5V的，采用0.13um全铜SRAM工艺、TQFP封装，有5980个逻辑单元，2个锁相环，20个M4KRAM块，其中每个RAM为4kbit，可以另加一位奇偶校验位。各个模块的设计与仿真1.模块设计该模块可将频率为1KHZ的脉冲波，经过分频变为频率为1HZ的脉冲波，这样我们就得到了周

20、期为1S的脉冲波。分频器程序清单如下：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityfenpinqiisport(clk1khz:instd_logic;clk1hz:outstd_logic);endfenpinqi;architectureaoffenpinqiisbeginprocess(clk1khz)variableq:integer:=0;variabler:std_logic:=0;beginifclk1khzeventandclk1khz=1thenifq=512thenr

21、:=notr;q:=0;elseq:=q+1;endif;clk1hz=r;endif;endprocess;enda;分频器程序仿真结果如图3-4所示:在分频器程序仿真结果图中，clklkhz为输入脉冲信号，频率为lkhz；clklhz为输出脉冲信号,频率为lhz。从图中，我们可以看出clklhz的周期为Is。这表明程序的确把1khz的信号分频成1hz的信号。2.模块设计control模块可根据clk的脉冲信号输出S的值，下游模块根据S的值来决定红绿灯的状态。同时对倒计时的信号赋初值。control模块程序清单：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;u

22、seieee.std_logic_unsigned.all;entitycontrolisport(clk:instd_logic;s:outstd_logic_vector(2downto0);loadat,loadbt:outstd_logic;at,bt:outintegerrange0to80);endcontrol;architectureaofcontrolissignalt:integer;beginprocess(clk)beginifclkeventandclk=Tthenloadat=0;loadbt=0;ift=0thens=000;at=80;loadat=T;elsi

23、ft=15thens=001;bt=45;loadbt=T;elsift=60thens=010;elsift=65thens=011;bt=80;loadbt=T;elsift=80thens=100;at=45;loadat=T;elsift=125thens=101;endif;t=t+1;endif;ift=130thent=0;endif;endprocess;enda;control模块程序仿真结果如图3-5所示：HainVaLueat0“iE.Dm覺Dmf5St.O5吃:11.1111110JB0口皿1皿innmimiffl皿皿imrannmimm皿皿皿ifflfflniroE1

24、乞B300辺1mi血HiH吐11EQ/iiiiiiiiiiiiiiiii|：ii-iiiiiiiiiiiiiiiiii屮iiiiiiiiiii匚iiduiiqjifV,btno1；ani4iIiIiIiIiJCiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii祁.auAwtnuloadatHOi8Illi!18S!iii8Ii1II8S_iII18!1nHOII1I1I1I1I1I1I1I1I1I1I1I1I-l1nn11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

25、11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111图3-5control模块程序仿真结果图在control模块程序仿真结果图中，只有一个输入信号elk，它是一个频率为lhz的时钟脉冲信号，输出信号有3个分别是s、at、bt。程序中，通过变量t的值来确定输出信号s的值，并由此确定将要赋得倒计时的初值，然后赋给at,bt。在每次给at,bt赋值时，都会使另一个输出信号loadat，loadbt变成高电平，从而可以触发下一模块的装载。daojishi模块设计该模块用来接收control模块的

26、输出作为初值,并进行减一操作,最后把减一得结果输出。程序里每检测到一个脉冲elk，就进行一次减一操作。atdaojishi模块程序清单：libraryieee;useieee.std_logie_1164.all;useieee.std_logie_unsigned.all;entityatdaojishiisport(elk,loadat:instd_logie;atin:inintegerrange0to80;atout:outintegerrange0to80);endatdaojishi;arehiteetureaofatdaojishiissignaleountat:integerr

27、ange0to80;beginproeessbeginwaituntilrising_edge(elk);ifloadat=1theneountat=atin;elseeountat=eountat-1;endif;endproeess;atout=eountat;enda;atdaojishi模块程序仿真结果如图3-6所示:sn-巳sn-sn-&s-us-uJTs-uC-Jsp12.T5nselkEOloadatH1atinusoatoutuo12.75n:NameIIIIIIIIIIllilllllllllIlli图3-6atdaojishi模块程序仿真结果图在atdaojishi模块程序

28、仿真结果图中，elk为lhz的输入信号，loadat为at计数器的装载信号，当loadat为高电平时，将输入信号atin的值装载到计数器中，开始执行减一操作，每接受一次elk,执彳丁一次，并将结果输出。daojishi模块设计该模块用来接收control模块的输出作为初值，并进行减一操作，最后把减一得结果输出。程序里每检测到一个脉冲elk，就进行一次减一操作。btdaojishi模块程序清单：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitybtdaojishiisport(clk,loadb

29、t:instd_logic;btin:inintegerrange0to80;btout:outintegerrange0to80);endbtdaojishi;architectureaofbtdaojishiissignalcountbt:integerrange0to80;beginprocessbeginwaituntilrising_edge(clk);ifloadbt=Tthencountbt=btin;elsecountbt=countbt-1;endif;endprocess;btoutb:=01001100;when001=b:=01000010;when010=b:=010

30、00001;when011=b:=11000100;when100=b:=00100100;when101=b:=00010100;whenothers=b:=00000000;endcase;lrgy=70thenaout1=7;aout2=60thenaout1=6;aout2=50thenaout1=5;aout2=40thenaout1=4;aout2=30thenaout1=3;aout2=20thenaout1=2;aout2=10thenaout1=1;aout2=0thenaout1=0;aout2=70thenbout1=7;bout2=60thenbout1=6;bout2

31、=50thenbout1=5;bout2=40thenbout1=4;bout2=30thenbout1=3;bout2=20thenbout1=2;bout2=10thenbout1=1;bout2=0thenbout1=0;bout2aout1aout1aout1aout1aout1aout1aout1aout1aout1aout1aout1aout2aout2aout2aout2aout2aout2aout2aout2aout2aout2aout2bout1bout1bout1bout1bout1bout1bout1bout1bout1bout1bout1bout2bout2bout2b

32、out2bout2bout2bout2bout2bout2bout2bout2bt2J00acut1IXllii田aaut2IX11110bautlIDC11113baut2IDQ11UZtlita11.95i丨1_I11苗rs11?【1?131?【:I1（:DOBMi门：门：1X用0门：仃：COLlilllOOCOOilO）|013:13:1OlOClillTCOLlllllXOOCOOilOJ01311311O10C1111L:1:J:U0L11L11飞OMOOllOy01工1工1X01X1:11f：L图3-10译码显示模块仿真结果图在译码显示模块仿真结果图中，atl,at2,btl,bt

33、2为输入信号，它们的值的范围为09；aoutl，aout2，boutl，bout2为输出信号，它们的范围为数字09对应的七位数码管显示段码的值。图中，输出信号的值随着输入信号的变化而相应的变化。仿真完全正确，符合预期。顶层文件设计交通灯的顶层文件是一个原理图文件，它包含7个元件，每一个元件均是由一个模块程序生成。7个元件分别为：fenpinqi模块、control模块、main模块、atdaojishi模块、btdaojishi模块、yima模块和yimaxianshi模块。这些模块均经过设计、编译、仿真，结果正确。最后生成可视化元件。然后将各个模块用具有电气性质的导线连接起来，这样原理图文件

34、就建好了。保存编译。在建立一个.vwf波形文件，保存并仿真。原理图如图3-11所示：仿真结果如图3.12所示：实验证明，仿真结果正确，符合预期。图3-11顶层文件设计原理图图3-12顶层文件波形仿真结果图在顶层文件波形仿真结果图中，有一个频率为lkhz输入信号clklkhz,它是外部的信号对整个系统设计的输入端口。作为一个脉冲,经过分频变成频率为lhz的脉冲，由于lhz的脉冲的周期是Is，所以我们可以用它来控制整个系统的步调，而这个步调与现实生活中交通灯的步调是一致的。lhz的信号经过control模块的处理，通过计数使s变化为不同的值，s代表的是交通灯时序图的状态，一共有6个状态(s0s5)

35、。同时对应不同的s的状态赋不同的初值给at，bt。at，bt分别是东西方向和南北方向的倒计时初值。Control模块还有一个功能是提供倒计时模块的置数的触发脉冲。接下来，main模块直接接受s的值来输出相应的红绿灯亮灭状态。例如：lrgy的值为01000010,这表明交通灯的亮灭情况为：东西左转灯灭，东西红灯亮，东西绿灯灭，东西黄灯灭，南北左转灯灭，南北红灯灭，南北绿灯亮，南北黄灯灭。即一一对应。倒计时部分分为两个模块：atdaojishi和btdaojishi。两个模块分别倒计时东西方向和南北方向。每个倒计时模块都有相似的端口：elk、loadat、atin、atout和elk、loadbt

36、、btin、btout。我们只举其中一个为例子：elk为倒计时的时钟脉冲，当loadat为高电平时，将atin传递给atout,elk的上升沿每来一次，atout减一次。此前，时间的值都是整形的，要想将倒计时实时显示出来，就需要将两位的整数分解成个位和十位，yima模块就是这样的。将一个倒计时分解成两个一位数，例如将54分解成5和4。然后经过yimaxianshi模块将对应的数字译成相应的段码，例如将5和4译码为01101101和01100110。在这个系统设计中，所有的数码管和二极管均为共阴极显示。结论从4月份接到毕业设计任务到现在，已有两个月的时间，回想自己在这两个月的时间里的付出，看着手

37、中这份劳动果实，我真正体会到了收获的喜悦。在此期间，我在网上搜集一些相关信息，但由于上班时间的限制，我更多的时间是自己研究。同时,我还和杨军政一起研究交流，利用回校的一点时间，到图书馆查阅有关资料，最后终于顺利完成了此次毕业论文设计。此次毕业论文设计让我了解了GFPA的相关知识,并且加深了对VHDL语言的认识，熟悉了VHDL语言在交通灯中的运用。这也使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。设计达到了预定的设计目的，实现了利用现场可编程门阵列（VHDL）自动控制十字路口交通灯和计时器，各交通灯及计时器均按设计任务要求正常运行,指挥各种车辆

38、和行人安全通行。通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实、勤奋、严谨的工作态度,这对我以后的工作产生深远的影响。模拟放大器通常来说，一个信号放大器的确能够一一正如你所认为的一一将信号放大！然而，信号放大的方式随着实际放大器的设计，信号的类型，以及放大信号用途的不同而发生变化。我们可以通过一个最常用的高保真音响系统的例子来说明以上观点。在一个典型的现代高保真系统中，信号来自一个模块，比如CD音乐播放器,调谐电路，或者磁带（小型磁盘）。它们产生的信号经过适度地放大后可以达到100毫伏左右，这是一个相当大的电压，足以在示波器或者电压表上反映出来。然而,这些信号的实际功率却是什么微弱的。具有代表

39、性的是，这些信号仅仅有几个毫安的电流，通过公式P=U*I计算，得出信号的功率仅为几个毫瓦。一个典型的扩音器需要数瓦或至100瓦左右的功率来放大声音。因此，我们需要一些功率放大器把来自信号源的微弱信号放大成足够被人听到的音乐。如图1.1所示，图中的4个模拟放大器的例子应用了不同类型的结构。在每一个例子中，交流电压增益基本上由所选择的电阻决定。注意：表达式1-1中的负号表明，实例中的电路在放大时改变了信号的极性。像这种简单的电路可以很轻松地放大百级以上。不过，在实际应用中，一般不需要这么大。这种具有类似真空状态的设备开始流行，在国际通称为真空电子管，在美国被称为电子管。把许多实用的放大器放在一块做

40、成一个模拟信号放大器，可以通过它获得很高的电压增益。例如，一个功率放大器的输入级接一个电压可能为0.1毫伏的麦克风，经过放大之后，可能放大到10伏100伏来驱动扬声器，这就要求电压增益达到109,所以把许多电压增益模块串联在一起就很有必要了。在很多时候，我们希望放大器不仅能放大电压，也能放大电流。若想找个例子的话，高保真音响系统中用来驱动扩音器的信号是最好不过了。这些典型的输入级阻抗大约为8欧姆，所以说，要想驱动负载功率为100瓦的扩音器，我们必须同时提供28V的电压和3.5A的电流。另一个关于源信号的输入级阻抗的例子就是麦克风了。它的阻抗大约为100欧姆。因此麦克风的输出信号为1纳安、0.1

41、毫伏。这就表示要接受这种输入信号并去驱动100瓦的扬声器。放大电路就必须将信号的电流和电压同时放大109倍。这意味着总功率的增益是1018，也就是180分贝。这种大功率增益促使了人们对放大器功能的普遍了解，人们按照功率将放大器分为前级放大器和功率放大器。功率放大器内部的信号比其他同类的信号大很多，以至于即使“很微弱”的信号，把输出级的信号接到输入端都会出现很多问题。把大功率（大电流）的部分和低功率的部分装在不同的盒子里，这样我们便可以保护输入信号不被破坏。FiqiNii期一1图1.2典型的8欧姆扩音器的阻抗特性实际上，许多需要大电流和大功率的设备往往都在特定的条件下工作，即由信号的电压决定响应

42、的幅度，继而由设备吸收其所需要的电流而工作。例如，使用扩音器是十分方便的，因为输出声音的大小由提供给扩音器的电压决定。尽管如此，绝大多数的扩音器的效率（把电功率转化为有用功率的效果）和频率有关。在一定程度上，这种结果符合人的自然生理特性。一个典型的例子如图1-2所示，当一个扩音器的频率为150HZ时，阻抗为12欧姆，当频率为1KHZ时，阻抗为5欧姆。所以频率为1KHZ时的电流比频率为150HZ时的电流的2倍还大。功率放大器当然不会事先知道你要用哪种，因此我们简单地采用了一种协议。协议规定,在信号的任何频率下，电压的幅值表明需要的信号幅值电流应该包括扩音器所需的全部电流。这种做法在电子系统中很常

43、见。即：在信息条目中，信号类型有电压决定，而电压又随时间变化。理论上，所需的电流已经确定了。尽管，上述观点是以大功率例子为依据的。一个很类似的情形：一个传感器响应输入的变化输出一个电压，但是输出的电流却是有限的。在这些情况下，我们需要一个电流放大器或者一个缓冲器。电流放大器和缓冲器十分类似，我们用一些形式的增益设备和电路来提高电流的幅值。然而，一个电流放大器总是放大一定的倍数。这一点和电压放大器能把电压放大一定倍数的行为很相似。缓冲器因电流放大器不同而不同，只有这样，它才能为了维持信号电压并且提供所需的任何电流。随着时代的发展,当今的技术也日趋完善、竞争愈演愈烈;单靠人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象.人们在生产实践中看到,自