路灯控制器的研发与制造

路灯控制器日勺设计与制作

学生：XXX指导教师：XXX

内容寺商要：本次重要简介模拟电路与现场可编程逻辑器件FPGA组合完毕路灯控制器设计

与制作的思绪和详细措施，还简要简介路灯控制器目前的发展现实状况.、功能及其应用场所,

附带简介路灯控制器设计与制作的其他两种方案即模拟电路与数字电路组合、模拟电路与单

片机组合。但本文侧重于简介各单元电路的设计和各程序模块的编写以及设计中所使用到依J

特殊器件口勺简介和使用措施。其中程序编辑编译和波形仿真是借助QuarlusII软件完毕，单

元电路仿真。\1ultisim7仿真软件完毕，本次设计采用模斗电路与现场可编程逻辑器件FPGA

组合具有简化整体设计，提高整体电路的稳定性和可靠性，易实现设计规定等长处，缺陷是

购置开发板日勺成本较高。

关键词：模拟电路FPGAQuartusII路灯控制器

Streetlightcontrollerdesignandproduction

Abstract；Thispapermainlyintroducestheanalogcircuitsandfieldpi'ogramriablc

logicdevicesFPGAcombinationcompletestreetlightcontrollerdesignand

mcinufactureoftheideasandspecificmethods,abriefintroductiontothecurrent

situationofthedevelopmentofthestreetlightcontroller,functionandits

applications,introducestreetlightcontrollerwithdesignandproductionoftho

othertwoschemesthatanaloganddigitalcircuitcombination,analogcircuitsand

single-chipmicrocomputercombination.Buithisarticlefocusontheintroduction

ofeachunitcircuitdesignandeachprogrammoduleanddesignofthewritingo:the

useofthespecialdeviceisintroducedandusingmethod.Oneprogrameditscompile

andwaveformsimulationisQuartusbyIIsoftware,unitcircuitsimulation.

Multisim7simulationsoftware,thisdesignUSEStheanalogcircuitsandfield

programmablelogicdevicesFPGAcombinationhassimplifiedtheoveralldesign,

improvethestabilityandreliabilityofthewholecircuit,easytorealizethedesign

requirementsandotheradvantages,disadvantagesistobuyhighcostdevelopment

board.

Keywords*analogcircuitsFPGAQuartusIIstreetlightcontroller

目录

序言................................................................1

1选题及前期调研..................................................1

1.1路灯控制器简介..............................................1

1.2路灯控制器特点及应用........................................1

1.3选题根据....................................................1

1.4设计目的和内容..............................................1

2方案选择与论证..................................................1

2.1方案一：模拟电路与数字电路组合.............................1

2.2方案二：模拟电路与可编程逻辑器件组合.......................2

2.3方案三：模拟电路与单片机组合...............................3

2.4VHDL语言及QuartusII软件简介.............................4

2.4.1VHDL语言简介...........................................4

2.4.2QuartusII软件简介....................................5

2.5数码管和EDA试验箱简介......................................6

2.5.1数码管简介.............................................6

2.5.2EDA试验箱简介..........................................6

3总体方案设计和单元模块设计......................................6

3.1总体系统构造图..............................................6

3.2单元模块设计................................................7

3.2.1直流稳压电源模块.........................................7

3.2.2三端稳压器简介...........................................8

3.2.3三极管小信号放大电路模块................................8

3.2.4三极管开关电路及控制电路模块............................9

3.2.5电磁式继电器简介........................................10

4结束语.........................................................12

附录...........................................................13

参照文献...........................................................14

路灯控制器设计制作

序百

伴伴随科学技术的发展，人类社会H勺进步。越来越多的电子产品不停涌现，

并且电子产品的体积越来越小。并且功能大，效率高，能耗低。我们设计的产品

充足体现了这个特点。设计中我们运用了专业知识，内置AD转化，并且可以输出

PWM信号，使外部电路简朴；运用DS1302时钟芯片保证了时间欧|实时显示，还运

用了NE555构成的多谐振荡器与红外发射二极管外设电路；显示电路我们采用

1602液晶显示屏，是我的设计愈加人性化。并且在我们MJ设计制作中充足考虑了

环境保护的问题，我们运用口勺辅助器件就是剩余日勺废料。

1选题及前期调研

1.1路灯控制器简介

伴随社会的发展，都市人口日勺不停增长，都市建设规模日勺扩大化。为完善都

市的基础设施建设友好、安全的都市人居环境、美化都市，路灯控制器H勺设计规

定不停提高。目前市场上生产路灯控制器的生产厂家众多，控制器功能齐全，智

能化程度比较高，路灯控制器的类型也层也不穷。例如，路灯太阳能控制器、智

能路灯节能控制柜、路灯节电控制柜、路灯节能电器等一系列的路灯控制器。路

灯控制器集电磁技术、智能化控制技术、数据控制技术于一体，在可控和平缓口勺

方式下智能调整，路灯控制器实现公共照明系统的工作电流与亮度需求的理想结

合，到达节电和优化供电目日勺，路灯控制器节能率可高达20%-40%,对用电系统

的保护作用可使其寿命延长3-4倍。路灯控制器重要采用优质、高性能亓器件,

且很少运用活动日勺元器件，保证了极高日勺产品工作安全性，因而保证为顾客单位

提供更安全、可靠和更优性能的产品服务。路灯控制器既有两种类型，室内型：

安装在室内照明控制柜下端；户外型：可按照顾客规定进行安装，放置在不锈钢

的机柜里。其中光控型路灯控制器广泛应用于都市建设，光控型路灯控制器都启

动和关闭都是通过采集自然光强弱的变化转化成电压电流的变化控制路灯的亮

灭，具有自动控制的功能，能最大效率日勺节省电能并且在恰当时候启动，给行人

提供以便。

1.2路灯控制器特点及应用

现代路灯控制器具有的特点：采用先进H勺微处埋芯片，高可靠性、误差小、

低成本、稳定性强，具有断电数据保留，时钟不间断工作，无需更换电

池，维持时钟运行十年以上；采用数码管精确显示路灯一次持续启动日勺时间和路

灯总共欧I启动次数；抗干扰能力强，能抵御从电网直接输入幅值达250伏日勺干扰

脉冲：大功率继电器输出，可接220伏或380伏接触器,控制稳定，使用寿命长，

体积小，安装简朴。

路灯控制器广泛应用于市政道路、高速公路、桥梁、隧道、园林、码头、观

光景灯、体育广场、游乐场所、广告灯箱等公共照明环境；路灯控制器合用的灯

具类型：高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯、高

荧光灯等所有气体放电式照明灯具。

1.3选题根据

路灯控制器日勺设计与制作从理论意义来说可以将本人所学日勺知识系统日勺联络起来

形成一条主线，选择此题目可以复习模拟电子技术、数字电路技术、EDA技术、单片机

技术、可编程逻辑器件等后关知识的作用；本次设计我采用模拟电路和软件编程相结合

的措施完毕本次设计的任务和规定，我们牛.活当中的消费类电子产品目前诸多都是半智

能或全智能化，并且实现电子产品智能化诸多都是在程序为重要实现措施，例如，采用

汇编程序，C程序，VHDL语言等编写程序，可以在很大程度上节省成本，提高产品的智

能化程度。设计规定采集自然光照控制路灯日勺启动和停I匕这不仅能实现自动化控制并

且还能合理运用电能，实现资源H勺优化配制，且对我本人而言设计难易程度适中。

从实际来说，路灯控制器在我们的生活中应用十分广泛，尤其在街道两旁，当我们

在夜晚狂街时路灯发挥着具大的作用，为行人提供以便，同步也使都市口勺夜景别具特色,

远望去到处是灯火辉煌，在现代生活中伴随人民生活水平的提高，路灯控制器的设计规

定和技术含量也不停提高，因此选择控制器日勺设计与制作可以培养本人的设计思维，调

动学习积极性，实践过程中可以起到练习故障杳找、处里能力，练习焊接技术。

1.4设计目的I和内容

运用模拟电路和现场可编程门阵列（FPGA）设计制作路灯控制器，并使用QuartusII

开发平台对时、分、秒、分频、计数、动态扫描显示各模块进行编程和仿真验证，路灯

控制器的设计与制作分两个部分：采光控制部分和计数（包括路灯目前一次的持续启动

时间和路灯日勺启动次数的计数）显示输出部分。然后在将两部分整合在一起就完毕路灯

控制器口勺设计，通过采光、光电转换控制部分输入控制信号，计数显示输出部分就能对

的显示目前日勺控制状态和输出状态。

2方案选择与论证

2.1方案一：模拟电路与数字电路组合

模拟电路部分包括直流稳压电源、光电转换、小信号放大、三极管开关电路，直流

稳压电源又包括降压、整流、滤波、稳压四部分，即可得到直流稳定12V电压；数字电

路重要有秒肪冲、计数、译码七段数码管显示。运用模拟电路提供12V直流稳定电压,

完毕采光和小信号放大并产生控制信号控制继电器的吸合，三极管的开关产生脉冲信号

和使能信号；数字电路负责显示路灯目前一次的持续启动时间和记录路灯日勺启动次数。

模拟电路部分用到H勺元件及作用：三极管9013用于小信号放大和开关，光敏电阻

完毕光电轮换，一般碳膜电阻根据二极管需要提供合适的偏置电压和隔离、保护作用，

继电器在开关三极管的控制下用于接通和断开路灯回路。数字部分用到的元件：555定

期器，74LS160计数器、74LS48译码器、七段显示数码管，其中555定期器产生秒脉

冲，用于驱动74LS161计数，74LS48负责译码将74LS161计数日勺4位二进数译码成7

位二进制以驱动七段数码管正常工作。

模拟电路与数字电路组合总体看来具有设计思绪清晰、价格成本低、稳定性高、易

现实，但电路构造相对复杂，需要购置许多电子元件和集成块，，整体电路调试困难,

设计框图如图2.1-1所示：

图2.17设计框图

2.2方案二：模拟电路与可编程逻辑器件(FPGA)组合

方案二中模拟电路部分和方案一完全相似，在此不在赘述，重点简介FPGA器件H勺

设计部分，目前FPGA重要有ALTERA企业日勺ACEX>MAX系列、XILINX日勺Virtex_4系列

等，其中ALTERA企业的ACEX系列FPGA在教学中用得较多；FPGA采用了逻辑单元阵列

LCA内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。FPGA的编

程不必专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。这样，同一片FPGA,

不一样的编程数据，可以产生不一样的电路功能。因此，FPGA口勺使用非常灵活，FPGA

芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性日勺最佳选择之一。

在本次设计中FPGA采用H勺是ALTERA企业MAXII系列EPM240T100C5N开发板，开

发板内部是人为将实际需要日勺电路功能用VHDL语言语法描述出来，然后能过下载线将

程疗下载到芯片内部，程序日勺重要任务是负责完毕路灯目前一次日勺持续启动时间日勺记录

和记录路灯的启动次数，完毕这•功能将是由不•样功能的程序模块组合在•起。在满

足芯片正常T作的外部件后，当控制端日勺使能信号来时芯片执行内部程序并将执行程序

的成果从芯片的输出端口输出，驱动后序电路工作。

方案二除模拟电路和方案一相似外还具有自身的I特点：此方案采用EPM240T100C5N

开发板替代方案一中时数电路部分使整体设计简朴化，同步规定设计人员要有一定的实

际功能分析，将功能程序化和VHDL程序编写能力，对设计人员FI勺技术规定比方案一的

高，使电路具有比很好日勺稳定性和敏捷度，缺陷是购EPM240T100C5N开发板成本较高，

这样一来就使得整个设计的成本增长。方案二的设计框图如图2.2T所示：

图2,2-1设计框图

2.3方案三：模拟电路与单片机组合

方案三中模拟电路部分重要负责提供直流稳压电源，在此不在赘述。单片机是指集

成在一种芯片上集成了一台微行计算机所需的CPU、存储器、输入输出端口和时钟电路

等，也被称为微控制器(Microcontroler),具有体积小、价格廉价、性能稳定、通用

性好、易生产、抗干扰能力强，使用灵活等特点。

单片机集成芯片常用的有AT89系列、MCS-51系列等，其正常工作条件必须满

足5V供电、时钟电路、复信电路正常，单片机重要应用于智能仪表、工业实时控

制、机电一体化、通信接口、家用电器等，单片机程序的编写采用C语言或汇编

语言编写，在外围电路接上所需日勺外部元件和设备在触发信号到来时开始工作。

方案三时设计原理：电源电路、时钟电路、复位电路分别给单片机提供5V电

源、工作时钟脉冲、复位信号以满足单片机时正常工作条件，自然光日勺强弱经光

敏电阻转换成电信号的大小，在通过A/D变换将模拟日勺电信号变为数字信号通过

引脚加到单片机内部，单片机动作后输出电路包括路灯一次启动日勺时间，路灯总

共启动的次数和路灯的通断，方案三总体来说具有整体电路简朴、节省成本、稳

定性高、对触发条件感应敏捷、所需要的外部元件少，但程序编写过程夏杂难懂,

方案三日勺设计框图如图2.3-1所示：

七

段

电源电路

显

示

时钟电路数

码

复位电踣管

光电

转换继电器

图2.3-1设计框图

2.4VHDL语言及QuartusII软件简介

2.4.1VHDL语言简介

VHDL语言是一种用于电路设计日勺高级语言，出目前80年代的后期，最初是由美国

国防部开发出来供美军用来提高设订的可靠性和缩减开发周期的种使用范围较小日勺

设计语言。VHDL的英文全写是：VI1S1C(VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardware

DescriptionLanguage）翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，因比它日勺应用

重要是应用在数字电路口勺设计中。目前，它日勺应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD日勺设计

中，VHDL重要用于描述数字系统的构造、行为、功能和接口。除了具有许多具有硬件特

性向语句外，VHDL的语言形式和描述风格语句语法是十分类似于一般IKJ计算机高级语

言。VHDL的程序构造特点是将一项工程设计称设计实体（可以是一种元件，一种电路模

块或一种系统）提成外部（或称可视部分，及端口）和内部（或称不可视部分），既波及

实体的内部功能和算法完毕部分。在对一种设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开

发完毕后，其他日勺设计就可以直接调用这个实体。

VHDL语言具有很强的I电路描述和建模能力，能从多种层次对数字系统进行建模和描

述，从而大大简化了硬，‘牛设计任务，提高了设计效率和可靠性。同步还具有与详细硬件

电路无关和与设计平台无关的特性，并且具有良好的）电路行为描述为系统描述能力，并

在语言易读性和层次化构造化设计方面，体现了强大的生命力和应用潜力。

VHDL设计流程如下：

★创立工程，使用NewProjectWizard工具选项创立设计工程。

★程序编辑编译，运用QuartusII工具的文本或图形编辑器将设计者日勺设计

意图用文本或图形方式体现出来，完毕设计描述后即可通过编译器进行排错编译，变成

特定日勺文本格式。

★仿真，运用产生的网表文献进行功能仿真，以便理解设计描述与设计意图

的一致性。

★调试，在仿真过程中若程序出现语法上H勺错误，程序将不会通过仿真同步

会有相就的错误提醒，此时就需要人为日勺根据错误提醒修改程序，使程序对内并通过仿

真。

★引脚邦定，引脚邦定是为了将程序下载到硬件电路并使电路正常工作得到

我们但愿的成果，此过程要根据集成芯片的内总引脚与外部电路实现配对。

★下载，假如以上的所有过程都没有发现问题，就可以通过EPGA/CPLD下载

电缆载入目的芯片中将程序下载到实际电路中。

★硬件仿真与测试。

2.4.2QuartusII软件简介

QuartusTT是Altera企业【付综合性PLD开发软件,支持原理图、VHDL、VerilogHDL

以及AHDL（AlteraHardwareDescriptionLanguage）等多种设计输入形式，内嵌自

的综合器以及仿真器，可以完毕从设计输入到硬件配置日勺完整PLD设计流程,Quartus11

除了可以使用Tel脚本完毕设计流程外，提供了完善日勺顾客图形界面设计方式。具有运

行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。

此外，QuartusII通过和DSPBuilder工具与Matlab/Simulink相结合,可以以

便地实现多种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级

设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性W、J开发平台，使用Quartus

II软件完毕VHDL程序设计H勺一般环节：

★建立工程：file-*newprojectwizard-*next（输入工程文献的途径、工

程文献名字、顶层文献名字）ffinish。

★建立文献:file-*new-*VHDL/blockdiagram。

★源程序编辑、器件参数设置、编译：assignment-*sctting-*dcviceacexlk

一eplk30tcl44-3->ok-processing-startcompilation<>

★程序波形仿真：file-new-*otherfile->vectorwaveformfile一（双击

空白处）-*noderfinder-*fiIter-*all->list（加入端口）一ok—ok—设置输入信号一

processing-*startsimulation。

★引脚绑定：assignment-*assignmenteditor—pin->双击new输入引脚编

号fstartcompilatioHo

★程序下载：tool—progammer—handwaresetup—addhandware-

byteblasterMVorbytcblasterII-*close-*starto

2.5数码管和EDA试验箱简介

2.5.1数码管简介

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一种发光

二极管单元(多一种小数点显示)；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等

数码管；数码管由8个发光二极管构成，可以用来显示数字、字符等。它在家电及工业

控制中有着广泛日勺应用，例如用来显示温度、数量、重量、日期、时间等，具有显示醒

目、直观的、成本低等长处，数码管实符号和引脚。

其中7个发光二极管构成“8字形状，加上小数点总共8个二极管，这些段分别用

a、b、c>d、e、f、g、dp来表达，COM引脚为公共端，用来控制数码管显示/、J打开或

关闭，即起到使能作用，数码管内部构造。

按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二

极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到高

电平，数字电路中所谓的高电平是指该点对地日勺电压高于4.5V而不不小于或等于5V,低电平则为

0V到2.5V之间。当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，对应字段就点亮。当某一字段的阴极

为高电平时，对应字段就不亮。。共阴数码管是指将所有发光二极管U勺阴极接到一起形成公共阴极

(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND匕当某•字段发光二极管

的阳极为高电平时，对应字段就点亮。当某一字段口勺阳极为低电平时，对应字段就不亮。

2.5.2EDA试验箱简介

ACEX1K30TC144-3试验箱采用贴片元件、插接、集成芯片等元件构成，接口丰富，

功能强大，不仅具有一般开发板口勺一般接口如串口、按键、指示灯等，还设计了高级接

口如PS/2、VGA接口等.并且专门设计了试验接口区，使用者可根据自己日勺需要向本系

统添加电路，以便了顾客的试验。最为重要日勺是，比试验箱考虑到初学者的经济承受力,

采用了巧妙设计，为顾客提供了实惠日勺价格完毕了某些高级功能，是市面上性价比较高

时产品。ACEX1K30TC144-3FPGA试验箱构造

3总体方案设计和单元模块设计

3.1总体系统构造图

根据本人对所学知识的理解、掌握、应用程度和本人现能提供的电子元件或设计中

需要用到的器材，本次毕业设计我选择方案二完毕本次设计日勺任务和规定，总体系统构

造框图如图3.1T所示：

图3.17总体系统构造框图

3.2单元模块设计

3.2.1直流稳压电源模块

直流稳压电源是一种将220V交流电压变成所需要口勺、稳定的直流电压输出的电路。

直流稳压电源由降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分构成，电路构成框图

如图3.2-1所示:

一4

AA---------------►

降整滤稳负

220V

■4

压A流A波A压

图3.2-1电路构成框图

降压电路的作用是将220V的交流电压变成需要大小的交流电压，整流电路日勺用用

是将低压的交流电压经整流变成脉动的直流电压；滤波电路H勺作用是将脉动内直流电压

滤成平滑直流；稳压电路则完毕输出平滑稳定的直流电压供应负载电路。

在本次设计中降压采用变压器进行降压，整流电路的原理是运用二极管内单向导电

特性将大小和方向随时间变化的I低压交流电变成只有大小变化而无方向变化日勺脉动直

流，实际运用中选用四支二极管构成桥式整流器或集成口勺桥堆进行整流，具有运用率高、

纹波小等特点。滤波电路常用的有电容滤波、电感滤波和复合滤波电路，电容滤波是运

用电容器两端的电压不能突变和存储电能的作用，电感滤波是运用电感中电流不能突变

的原理，而复合滤波申路则是将两者都包括进来，具有还好日勺滤波效果。稳压电路是不

管电网电压或负载发生变化时能基本保持输出电压稳定不变。

二极管的平均电流为流过负载的总电流，因负载的阻值不确定，因此暂定。综

上所推理直流稳压电路中各元件时取如下：T1用输出电流较大的IE型电源变压器如DB

—20—2,整流二极管选用IN4001〜IN4007均可，滤波电容C2选用耐压值25〜50V,容

量为1000uF或2200uF,C5选用耐压值25〜50V,容量为220uF即可，C6、C7为滤除

电流中高频成分选用瓷片电容或，独石电容，云母电容等均可。

3.2.2三端稳压器简介

三端稳压器，重要有两种，一种输出电压是固定H勺，称为固定输出三端稳压器，另

一种输出电压是可调时，称为可调输出三端稳压器，在线性集成稳压器中，由于三端稳

压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用以便，性能稳定，价格低廉等长处，因

而得到广泛应用，固定三端稳压器的图形如右图所示。

固定三端稳压器的通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源），输出电压

由详细型号中的背面两个数字代表，有5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24v等档次。

输出电流以78（或79）背面加字母来辨别L表达QI；AM表达0.5A,无字母表达1.5A,

如78L05表求5V0.1A,此外一般在三端稳压器的输入输出端接一种二极管，用来防

止输入端短路时,输出端存储H勺电荷通过稳压器,而损坏器件。

可调三端稳压器也分为输出正电压（CW317）和输出负电压（CW337）两个系列，它

的三个端子分别为输入瑞、输出端、调整端。应用特点是在调整端外接一种固定电阻和

一种电位器，调整电位器就可实现输出电压调整，得到所需要的输出直流电压，一般输

出电流不不不小于5mA,输入电压范围在3〜40V之间，输出电压可调范围为1.25〜37V.

3.2.3三极管小信号放大电路模块

光电转换选用光敏电阻为关键元件，其特点是光照增强时，电阻减小，光照减弱时,

电阻增大，从而变化加在光敏电阻上的电压，完毕光电转换过程。三极管小信号放大电

由三极管和电阻构成，采用分压稳定偏置电路.

为使电路处在放大状态必须满足：

必须使放大器件处在合适的直流工作状态，即就保证三极管的发射结正向偏置，集

电极反向偏置。

★必须保证放大电路有合适的交流工作条件，输入信号可以加到放大管的输

入端，放大电路的电压或电流可以尽量日勺送至负载。

★必须合理选择放大电路元件的参数。

因电路要工作在放大状态，根据使电路处在放大状态的3个条件可知三极管日勺

Uc>Ub>Ue,当光敏电阻自身的阻值为14K左右时电路处在放大状态，因化人为规定

R2=100K,则放大电路中各亓件时值可由如下公式算出：

三极管处在放大时Ube0.7V,R=R5//R2=15K

可得Rl<240K,实际应用中R1=36K。

当R1=36K时:

由以上公式计算出Ub=3.54V,Uc=5V,Ue=2.8V满足Uc>Ub>Ue,当光敏电阻的阻值为

14K左右时三极管放大电路触发，处在放大状态。

3.2.4三极管开关电路及控制电路模块

从小信号放大电路输出日勺控制电压控制三极管Q2日勺工作状态，因规定Q2工作在开

关状态才能起到控制作用，因此规定小信号放大电路日勺输出电压、电流幅值较大，由于

设计中使用的小信号放大电路是经典的共集电极放大电路（又叫电压跟随器或射随器）,

从101输出的电压和电流通过R4电阻加到三极管Q2的基极从而起到控制Q2导通和截

止的作用。当Q2导通时继电器KI、K2的线圈同步上电，根据电磁感应原理将电压转化

成磁能吸合衔铁，继电器时常开触点吸合，常闭触点断开，使路灯供电电路形成回路，

路灯发光起到照明作用，同步en和countclk输出5V控制电压，反之路灯烛灭，en和

countclk输出OVo二极管D3与K2线圈并联，D5与K1线圈并联，因继电器中的）线圈可

看作是一种电感线圈，当KI、K2忽然断开时线圈中日勺电流不能突变而KI、K2线圈自身

还会产生一种很大的电动势会击穿Q2等元件，因此在并上D3、D5后KI、K2断电瞬间

产生的感应电动势通过D3、D5又重新加到KI、K2两端中和掉KI、K2自身产生日勺电动

势，起到保护电路的作用。

此模块中12VH勺直流电压先通过三端稳压器U1稳压后，再通过C8、C10滤波后得

到5VH勺直流电压，考滤到电容的储能H勺作用会增大设计成果的误差，因此将5V直流电

源放在控制回路之前。其中en作为记录路灯目前一次的持续启动时间日勺使能信号，

countclk作为记录路灯日勺启动次数的J脉冲（countclk、en可互换）。D4起保护三端稳压

器日勺作用，以免电容充电电压过高形成灌电流损坏三端稳压器，三极管开关电路及控制

电路如图3.2.4-1所示：

-1三极管开关电路及控制电路图

3.2.5电磁式继电器简介

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等构成的。只要在线圈两端加上

一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引

的作用卜.克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触（常闭触点）点

（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用

力返回本来的位置，使动触点与本来的静触点吸合。这样吸合、释放，从而到达了在电

路中的导通、切断的目日勺。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来辨别：继电

器线圈未通电时处在断开状态的静触点，称为“常开触点”：处在接通状态的静触点称

为“常闭触点二

电磁式继电器重要参数：

★额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压，也就是控制电

路啊控制电压。根据继电器的型号不一样，可以是交流电压，也可以是直流电压。

★直流电阻：是指继电器中线圈日勺直流电阻，可以通过万能表测量。

★吸合电流：是指继电器可以产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给

定H勺电流必须略不小于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加口勺工作

电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

★释放电流：是指继电器产生释放动作日勺最大电流。当继电器吸合状态的电

流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电H勺释放状态。这时的电流远远不不小于

吸合电流。

继电器测试：

★测触点电阻：用万能表W、J电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0,

而常开触点与动点H勺阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触

点。

★测线圈电阻：可用万能表RX10Q档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线

圈与否存在着开路现象，

★测量吸合电压和吸合电流：找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一

组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声

时，记下该吸合电压和吸合电流。

★测量释放电压和释放电流：当继电器发生吸合后，再逐渐减少供电电压，

当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流即为释放电压和释放电流,

继电器日勺电路符号、实物及接法如图所示:

K2

图3.2.5T实物连接图

4结束语

在本次课程设计中我的设计题FI是路灯控制器的设计与制作，我选择方案一即模拟

电路与可编程逻辑器件组合完毕本次设计的任务和规定，设计中也碰到不少向困难和疑

惑，尤其是在电路仿真和程序仿真。在此本人举两例加以阐明：第一，在分频程序波形

仿真时碰到很大困难，先首是在符合VHDL语言语法之下按照本人逻辑思维编写出程序

并通过编译，本认为就万事大吉了，可在波形仿真结束后却不见波形出来，通过反复检

查程序语法，改善设计思维，查找有关资料，修改Quartus软件参数等，历尽千幸万苦

终于有了波形。第二，在三极管小信号放大电路设计中各元器件参数的计算，先首用论

理公试按照设计规定计算出各元件的值，然后在Multisim7仿真软件中仿真，其仿真成

果与理论计算值存在很大差异，通过调整软件参数，寻问老师等，最终使得仿真成果与

理论值近似，在处理困难和疑惑中欧I艰苦难以用语言体现出来。

通过本次设计，我深深地感触到基础知识的重要性，仟何细节都离不开基础知识H勺

指导，设计中任何细节都不能忽视，它很也许就是导致你设计成败的关键。设计需要有

有关扎实的基础知识了，还要有一定日勺实际动手能力。此外，通过本次设计巩固和拓展

我此前所学的知识，明白自己有许多方面的缺陷和局限性。这次设计给我最大欧J启示：

态度决定高度，细节决定成败

日月如梭，转眼就要辞别我日勺大学生涯，闭上眼，3年口勺大学生活历历在目。3年

前刚踏进校门的那一刻，我还是一种不知世故的懵懂少年，3年的大学生活，让我收获

知识，收获成绩，更让我懂得了怎样做人。

感谢我日勺父母，在我的成长和求学过程中，父母不仅在经济上承受着巨大的承担，

心里更有思子之情的I煎熬与望子成龙日勺期待，每次回到家时父母日勺欣喜之情和每次离家

时父母依依不舍的情形与叮嘱，皆使我刻苦铭心。我H勺父母，你们幸苦了。

感谢我日勺指导老师XX老师，是你传授我知识，给我协助和鼓励，教会我怎样做人、

怎样做事，谢谢你，你们幸苦了。

感谢所有的同学，三年我们一起学习，平时各位同学的喜、怒、哀、乐都令我毕生

难忘，目前回忆起来，认识各们同学都是我毕生日勺荣幸，在未来日勺工作和生活中，我期

望我们仍将一路同行。

最终，就让我们把这充实而又充斥意义的3年放进回忆。眼前，一条新的道路已在

脚下，抓住机会，放眼未来，让我们在社会的大浪中去磨练自己，实现自己的人生理想。

我再次深深感谢所有的人，祝你们身体健康，生活快乐。

附录1:FPGA顶层文献原理图

顶层文献原理图

附录2：分频程序

libraryieee;

useieee.std_logic_l164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all:

entityfenpinis

port(

clklk:instd_logic;

clk20H:bufferstd_logic;

clklH:outstdlogic

)；

end;

architecture