基于NiosII的高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4．1 基于Nios II最小系統(tǒng)的SoPC
打開(kāi)QuartuslI中的SoPC Builder開(kāi)發(fā)工具，在Altera公司的可編程邏輯器件FPGA中，把相應(yīng)的IP核添加到系統(tǒng)中，構(gòu)建一個(gè)基于Nios II的嵌入式可編程片上硬件系統(tǒng)。SoPC Builder是一個(gè)功能強(qiáng)大的SoPC開(kāi)發(fā)工具，它使開(kāi)發(fā)者在可編程邏輯器件能夠定義并生成一個(gè)完全意義的Nios II系統(tǒng)，而所用的時(shí)間比采用傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)方法少得多。而且，SoPC Builder提供有很多免費(fèi)的IP核，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需求任意添加與裁減。設(shè)計(jì)者還能根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況。選擇SoPC Builder中3種不同的NiosII處理核(經(jīng)濟(jì)型Nios II、標(biāo)準(zhǔn)型NiosⅡ和快速型Nios II)以滿足用戶要求。圖2為利用SoPC Builder開(kāi)發(fā)工具定制的SoPC系統(tǒng)。Nios_cpu選擇標(biāo)準(zhǔn)型(Nios II/S)，具有4 Kbit的InstructionCashe，其性能指數(shù)超過(guò)22 DMI／s；lcd_controller是自定義用戶邏輯組件，控制240x128液晶顯示屏；ikeyboat為鍵盤輸入接口；PIO_DATA為輸出數(shù)據(jù)通道，電壓控制數(shù)據(jù)可通過(guò)此通道送至D／A轉(zhuǎn)換器。

4．2 電源電路
圖3為系統(tǒng)電源電路圖，主要由變壓器、橋式整流電路、電容濾波電路和各種類型三端穩(wěn)壓器件組成，能輸出±15 V、+5 V和+10 V 4組穩(wěn)壓直流電源。±15 V作為主輸出電源，除為各級(jí)運(yùn)放電路提供電源外，還為功率放大電路提供電源；+5 V為FPGA器件的工作電壓；+10 V為D／A轉(zhuǎn)換器的參考電壓，保證輸出電壓能在0~10 V內(nèi)連續(xù)變化。為使電路具有較大的輸出功率，在每片3端穩(wěn)壓管中安裝有較大的散熱片。

4．3 D／A轉(zhuǎn)換電路
為實(shí)現(xiàn)電壓值的D／A模轉(zhuǎn)換，在電路中還要專門設(shè)計(jì)D／A轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示。為降低設(shè)計(jì)成本，采用8位DAC0832轉(zhuǎn)換器。DAC0832屬于倒T 型電阻網(wǎng)絡(luò)型D／A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部無(wú)運(yùn)算放大器，輸出為電流形式，因此，使用時(shí)，需外接一個(gè)運(yùn)算放大器。DAC0832可根據(jù)實(shí)際情況接成雙緩沖、單緩沖和直緩沖3種形式，此D／A轉(zhuǎn)換器接成第3種形式使用，即引腳1、2、17、18接低電平，19引腳接+5 V。引腳8為參考電壓輸入端口，接+10 V電源，當(dāng)數(shù)字輸入端全為高電平時(shí)，模擬輸出端為-1O V。
4．4 功率放大電路
雖然D／A轉(zhuǎn)換電路輸出電壓幅值大小滿足任意可設(shè)要求，但其輸出電流過(guò)小，不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載。為增大輸出電流，增強(qiáng)帶負(fù)載能力，還需設(shè)計(jì)一個(gè)電壓增益為1的功率放大電路，其電路如圖5所示。圖5中，R1、R2和LM324構(gòu)成一個(gè)電壓增益為1的反相比例放大電路；VQ1為大功率三極管，在加散熱片的條件下，最大輸出電流可達(dá)到3 A；C1、L1和C2構(gòu)成π型LC濾波器，可進(jìn)一步濾除電源的波紋，提高電源的輸出性能。