0 引 言

可編程電源指某些功能或參數(shù)可以通過計算機軟件編程進行控制的電源?？删幊屉娫吹膶崿F(xiàn)方法有很多種,。其中，現(xiàn)場可編程門陣列(Field ProgrammableGate Array,，FPGA)具有性能好,，規(guī)模大，可重復編程,，開發(fā)投資小等優(yōu)點,。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA的成本不斷下降,，正逐漸成為各種電子產(chǎn)品不可或缺的重要部件,。由于FPGA有著如此眾多的優(yōu)點，因此系統(tǒng)采用FPGA作為控制芯片,，實現(xiàn)可編程電壓源系統(tǒng),，為需要可調(diào)電壓源的電子產(chǎn)品提供高精度、高可靠性的電壓,。

1 系統(tǒng)設計

采用Altera公司Cyclone系列EP1C6Q240C8為控制芯片,。通過Altera的IP工具MegaWizard管理器定制LPM_ROM宏功能模塊，用．mif格式文件存放產(chǎn)生電壓的數(shù)據(jù),；利用硬件描述語言(HDL)設計分頻電路,、地址發(fā)生器或數(shù)據(jù)計數(shù)器等控制電路。地址發(fā)生器對ROM進行數(shù)據(jù)讀取,。ROM中各單元的數(shù)據(jù)經(jīng)串／并轉(zhuǎn)換電路,，在DAC控制電路的作用下，串行數(shù)據(jù)從高位到低位讀入數(shù)／模轉(zhuǎn)換器中,，數(shù)／模轉(zhuǎn)換器出來的模擬電壓信號經(jīng)過運算放大器放大后,，得到所需的模擬電壓。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。

根據(jù)項目需求,，定制10 b×32 Word的LPM_ROM,。可以產(chǎn)生32路1 024階可調(diào)的電壓,。此外,，可以根據(jù)需要定制不同的位寬，不同單元數(shù)的LPM_ROM宏功能模塊,，可以產(chǎn)生符合精度要求的多通道電壓,。

2 控制電路設計

2．1 分頻電路模塊

開發(fā)板提供的系統(tǒng)時鐘為50 MHz，系統(tǒng)的時鐘信號通過分頻模塊進行分頻,，將分頻后的時鐘信號分別提供給控制電路模塊,、地址發(fā)生器和并／串轉(zhuǎn)換電路作為時鐘控制信號。該模塊部分VHDL源程序如下：

程序中,，duty為控制占空比的參數(shù),；count為控制分頻的參數(shù)。通過改變duty和count兩個參數(shù),，得到占空比及分頻數(shù)可調(diào)的時鐘信號,，極為方便。

2．2 其他模塊的實現(xiàn)

其他控制模塊包括地址發(fā)生器,、DAC控制電路,、并／串轉(zhuǎn)換電路。存儲數(shù)據(jù)中只讀存儲器ROM是通過QuartusII軟件中Mega Wizard Plug-In Manager命令定制元件的,。地址發(fā)生器產(chǎn)生地址信號addr_tom和讀使能信號clk_rom,，對ROM中的數(shù)據(jù)進行讀取。讀取到的數(shù)據(jù)data為并行數(shù)據(jù),，由于采用的是串行數(shù)據(jù)輸入的數(shù)／摸轉(zhuǎn)換器,，所以要進行并／串轉(zhuǎn)換。data并行數(shù)據(jù)在load使能信號的作用下,，賦植給寄存器data_q,，經(jīng)并／串轉(zhuǎn)換電路對data_q進行從高位到低位的并／串轉(zhuǎn)換。在DAC控制電路產(chǎn)生讀數(shù)據(jù)信號clk_dac和片選信號cs_dac的作用下,，轉(zhuǎn)換電路的輸出信號從高位到低位串行讀入數(shù)／模轉(zhuǎn)換器DAC中,。完整程序如下：

2．3 程序仿真

在QuartusⅡ軟件中，用原理圖的方式把上面兩個程序例化成工程,。圖2為例化后的結(jié)果,。

ROM中的數(shù)據(jù)采用．mif格式進行存儲。ROM中存儲的數(shù)據(jù)如圖3所示,。

對工程進行全編譯,，用啟動仿真器對工程進行功能仿真。仿真結(jié)果如圖4所示。從仿真結(jié)果可以看出,，din_dac輸出的數(shù)據(jù)與ROM內(nèi)寫入的數(shù)據(jù)完全一致。clk_dac和cs_dac：也完全滿足數(shù)／模轉(zhuǎn)換器所需的控制信號,。

3 數(shù)／模轉(zhuǎn)換器和運算放大器的設計

采用TI公司的TLC5615和OPA551分別作為數(shù)／模轉(zhuǎn)換器和運算放大器,。TLC5615是10位電壓輸出型數(shù)／模轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換輸出如式(1)所示,。

從式(1)可看出,，數(shù)／模轉(zhuǎn)換輸出由參考電壓VREFIN和輸入數(shù)據(jù)Code決定，輸出精度達到1／1 024,，因此可以達到很高的調(diào)壓精度,。

兩款元器件均采用DIP封裝形式，可以即插即用,，加上價格不高,，特別適合用來實驗。

通過改變R3和R2的值,，在輸入不變的條件下便可改變輸出電壓,。

4 實驗結(jié)果

取Vref=2．16 V，R1=2．5 kΩ,，R2=3 kΩ,，R3=15 kΩ，V+=30 V,。

實驗只用到ROM的30個單元數(shù)據(jù),，即只產(chǎn)生30路可編程電壓。把．sof文件加載到FPGA中,。

5 結(jié) 語

利用FPGA可以方便定制IP核,，可重復編程，可在線調(diào)試的諸多優(yōu)點,，在改變ROM的地址單元數(shù)及各單元數(shù)據(jù)以及改變分頻模塊的參數(shù),，極其方便地產(chǎn)生所需的可編程多路電壓。通過實驗表明,，系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓穩(wěn)定,，精度高，可調(diào)范圍大（0-26V）,，適合為電子元件或者對多像素的元件提電源,。此外，本文給出了完整的程序代碼,、原理圖參數(shù),，具有一定的工程參考價值。