基于NiosII的高精度數控直流穩壓電源設計

4 系統硬件設計
4．1 基于Nios II最小系統的SoPC
打開QuartuslI中的SoPC Builder開發工具，在Altera公司的可編程邏輯器件FPGA中，把相應的IP核添加到系統中，構建一個基于Nios II的嵌入式可編程片上硬件系統。SoPC Builder是一個功能強大的SoPC開發工具，它使開發者在可編程邏輯器件能夠定義并生成一個完全意義的Nios II系統，而所用的時間比采用傳統手工設計方法少得多。而且，SoPC Builder提供有很多免費的IP核，設計者可根據實際需求任意添加與裁減。設計者還能根據實現情況。選擇SoPC Builder中3種不同的NiosII處理核(經濟型Nios II、標準型NiosⅡ和快速型Nios II)以滿足用戶要求。圖2為利用SoPC Builder開發工具定制的SoPC系統。Nios_cpu選擇標準型(Nios II/S)，具有4 Kbit的InstructionCashe，其性能指數超過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為輸出數據通道，電壓控制數據可通過此通道送至D／A轉換器。

4．2 電源電路
圖3為系統電源電路圖，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壓器件組成，能輸出±15 V、+5 V和+10 V 4組穩壓直流電源。±15 V作為主輸出電源，除為各級運放電路提供電源外，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轉換器的參考電壓，保證輸出電壓能在0~10 V內連續變化。為使電路具有較大的輸出功率，在每片3端穩壓管中安裝有較大的散熱片。

4．3 D／A轉換電路
為實現電壓值的D／A模轉換，在電路中還要專門設計D／A轉換電路，如圖4所示。為降低設計成本，采用8位DAC0832轉換器。DAC0832屬于倒T 型電阻網絡型D／A轉換器，內部無運算放大器，輸出為電流形式，因此，使用時，需外接一個運算放大器。DAC0832可根據實際情況接成雙緩沖、單緩沖和直緩沖3種形式，此D／A轉換器接成第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，當數字輸入端全為高電平時，模擬輸出端為-1O V。
4．4 功率放大電路
雖然D／A轉換電路輸出電壓幅值大小滿足任意可設要求，但其輸出電流過小，不能驅動負載。為增大輸出電流，增強帶負載能力，還需設計一個電壓增益為1的功率放大電路，其電路如圖5所示。圖5中，R1、R2和LM324構成一個電壓增益為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，最大輸出電流可達到3 A；C1、L1和C2構成π型LC濾波器，可進一步濾除電源的波紋，提高電源的輸出性能。