基于NiosII的高精度数控直流稳压电源设计

4 系统硬件设计
4．1 基于Nios II最小系统的SoPC
打开QuartuslI中的SoPC Builder开发工具，在Altera公司的可编程逻辑器件FPGA中，把相应的IP核添加到系统中，构建一个基于Nios II的嵌入式可编程片上硬件系统。SoPC Builder是一个功能强大的SoPC开发工具，它使开发者在可编程逻辑器件能够定义并生成一个完全意义的Nios II系统，而所用的时间比采用传统手工设计方法少得多。而且，SoPC Builder提供有很多免费的IP核，设计者可根据实际需求任意添加与裁减。设计者还能根据实现情况。选择SoPC Builder中3种不同的NiosII处理核(经济型Nios II、标准型NiosⅡ和快速型Nios II)以满足用户要求。图2为利用SoPC Builder开发工具定制的SoPC系统。Nios_cpu选择标准型(Nios II/S)，具有4 Kbit的InstructionCashe，其性能指数超过22 DMI／s；lcd_controller是自定义用户逻辑组件，控制240x128液晶显示屏；ikeyboat为键盘输入接口；PIO_DATA为输出数据通道，电压控制数据可通过此通道送至D／A转换器。

4．2 电源电路
图3为系统电源电路图，主要由变压器、桥式整流电路、电容滤波电路和各种类型三端稳压器件组成，能输出±15 V、+5 V和+10 V 4组稳压直流电源。±15 V作为主输出电源，除为各级运放电路提供电源外，还为功率放大电路提供电源；+5 V为FPGA器件的工作电压；+10 V为D／A转换器的参考电压，保证输出电压能在0~10 V内连续变化。为使电路具有较大的输出功率，在每片3端稳压管中安装有较大的散热片。

4．3 D／A转换电路
为实现电压值的D／A模转换，在电路中还要专门设计D／A转换电路，如图4所示。为降低设计成本，采用8位DAC0832转换器。DAC0832属于倒T 型电阻网络型D／A转换器，内部无运算放大器，输出为电流形式，因此，使用时，需外接一个运算放大器。DAC0832可根据实际情况接成双缓冲、单缓冲和直缓冲3种形式，此D／A转换器接成第3种形式使用，即引脚1、2、17、18接低电平，19引脚接+5 V。引脚8为参考电压输入端口，接+10 V电源，当数字输入端全为高电平时，模拟输出端为-1O V。
4．4 功率放大电路
虽然D／A转换电路输出电压幅值大小满足任意可设要求，但其输出电流过小，不能驱动负载。为增大输出电流，增强带负载能力，还需设计一个电压增益为1的功率放大电路，其电路如图5所示。图5中，R1、R2和LM324构成一个电压增益为1的反相比例放大电路；VQ1为大功率三极管，在加散热片的条件下，最大输出电流可达到3 A；C1、L1和C2构成π型LC滤波器，可进一步滤除电源的波纹，提高电源的输出性能。