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基于FPGA的简易数控电压源的设计
目 录
序言
一、基于FPGA的数控电源的课题要求
二、课程要求
1.技术要求
2.功能要求
3.工作原理
4.本人的工作
三、设计方案
1.原理图
2.框架图
四、硬件电路的设计
1.按键作用
2.FPGA的作用
3.DAC0832的作用
4、共阴极的数码管
五、电路图的安装与调试
六、收获与体会
参考文献
附录(元器件清单)
课题要求
本课题所介绍的数控稳压电源与传统电压相比,具有操作方便,电压稳定度高,其输出电压大小采用了数字显示的特点。主要用到了一块核心芯片FPGA其型号为EP2C5T144C8。本课题具体要求如下:
(一)技术要求:
1.熟练掌握Quartus 6.0 软件的使用方法,同时能够对仿真波形进行一定的分析;
2.熟练掌握运用VHDL语言进行层次化设计;
(二)功能要求
1.输出电压:范围0~+9.9V,步进0.1V;
2.输出电压值由数码管进行动态显示;
3.由“+”、“-”两键分别控制输出电压的增减。
(三)工作原理
此数控直流稳压电源共有六个部分,输出电压的调节时通过+、-两键操作 ,步进电压精确到0.1V,控制可逆计数器分别作加、减计数,可逆计数器的二进制数字输出分两路运行:一路用于驱动数字显示电路,精确显示当前输出电压值;另一路进入数模转换电路(D/A转换电路),数模转换电路将数字量按比例,转换成模拟电压
本设计FPGA采用的是DP2C5T144C8需要5V的工作电压
通过按钮向FPGA输入信号,FPGA得到增计数器或者减计数器的脉冲信号,开始计数;
计数器的信号则会分两部分输出来;一部分传到外部的显示器上,这里先用的是共阴极数码管,另一部分送给D/A转换,D/A再将数字量按比例转换成模拟电压,再经过调整,从而得到稳定的输出电压。
三、数控电源硬件的整体设计
按键作用
本系统需要中的脉冲信号时低电平有效,所以按上图的解法来接其中200ohm为保护电阻。当开关闭合时则有一个低电平信号输入FPGA。
2.FPGA的作用
FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等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(ASIC)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。FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等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(ASIC)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。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA的基本特点主要有:
(1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。
(2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
(3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
(4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
(5) FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
目前FPGA的品种很多,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。
加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。
FPGA有多种配置模式:并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式;主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA;串行模式可以采用串行PROM编程FPGA;外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。
3.DAC0832的作用
(1)、DAC0832的
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