采用FPGA的可編程電壓源系統原理及設計

2．3 程序仿真
在QuartusⅡ軟件中，用原理圖的方式把上面兩個(gè)程序例化成工程。圖2為例化后的結果。

ROM中的數據采用．mif格式進(jìn)行存儲。ROM中存儲的數據如圖3所示。

對工程進(jìn)行全編譯，用啟動(dòng)仿真器對工程進(jìn)行功能仿真。仿真結果如圖4所示。從仿真結果可以看出，din_dac輸出的數據與ROM內寫(xiě)入的數據完全一致。clk_dac和cs_dac：也完全滿(mǎn)足數／模轉換器所需的控制信號。

3 數／模轉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／模轉換器和運算放大器。TLC5615是10位電壓輸出型數／模轉換器，其轉換輸出如式(1)所示。

從式(1)可看出，數／模轉換輸出由參考電壓VREFIN和輸入數據Code決定，輸出精度達到1／1 024，因此可以達到很高的調壓精度。
兩款元器件均采用DIP封裝形式，可以即插即用，加上價(jià)格不高，特別適合用來(lái)實(shí)驗。數／模轉換器和運算放大器的硬件連接原理圖如圖5所示。OPA采用同相輸入，放大后的輸出電壓值為：

通過(guò)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(shí)驗結果
取Vref=2．16 V，R1=2．5 kΩ，R2=3 kΩ，R3=15 kΩ，V+=30 V。V_=-30 V，ROM中的數據如圖6所示。

實(shí)驗只用到ROM的30個(gè)單元數據，即只產(chǎn)生30路可編程電壓。把．sof文件加載到FPGA中。實(shí)驗結果在示波器顯示如圖7所示。

圖7中上邊曲線(xiàn)為放大后的電壓，下面曲線(xiàn)為數／模轉換輸出的電壓。根據式(1)算出數／模轉換器的輸出電壓最大值Vmax=4．315 V．測得值為4．32 V。根據式(2)算出Vmax=25．89 V，測得值為26．0 V。圖7中各階輸出電壓均與圖6中數據相對應。實(shí)際測試結果與理論計算相吻合。實(shí)驗表明，系統的精度高，穩定性強。

5 結 語(yǔ)
利用FPGA可以方便定制IP核，可重復編程，可在線(xiàn)調試的諸多優(yōu)點(diǎn)，在改變ROM的地址單元數及各單元數據以及改變分頻模塊的參數，極其方便地產(chǎn)生所需的可編程多路電壓。通過(guò)實(shí)驗表明，系統產(chǎn)生的電壓穩定，精度高，可調范圍大（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，具有一定的工程參考價(jià)值。