基于NiosII的高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設計

1 引言
直流穩(wěn)壓電源是各種電子設備不可缺少的組成部分，廣泛用于教學、科研、各種終端設備和通信設備中，其作用是把交流電轉(zhuǎn)換成滿足一定性能的直流電供給電子設備的其他部件使用。某電子設備不僅要求其供電電源具有良好的性能，還要求運行時電源的輸出電壓值由程序可控。這種情況下，用模擬電路方法無法實現(xiàn)。針對此種應用需求，可采用可編程邏輯器件FPGA(Field Programmable Gate Array)來實現(xiàn)這一功能：以32位嵌入式NiosⅡ軟核為處理器，將其嵌入FPGA中運行相應的控制程序，從而實現(xiàn)一個基于Nios II的高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。與傳統(tǒng)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源相比．該設計不僅結(jié)構(gòu)緊湊、精度高，而且硬件容易升級。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計
圖1為利用SoPC Builder工具開發(fā)的基于Nios II的數(shù)控電源硬件系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)實際是一個內(nèi)嵌于FPGA器件中的基于NiosⅡ軟核的嵌人式最小應用系統(tǒng)。其硬件系統(tǒng)主要由Avalon數(shù)據(jù)總線、 EPCS控制器、鍵盤接口、Nios II軟核CPU、SDRAM控制器、LCD控制器、I／O輸出模塊和相應的外圍器件組成。Nios II軟核CPU是32位嵌入式處理器，承擔運算、控制和信息處理等多項任務；EPCS控制器及其外圍的存儲器，構(gòu)成串行電可擦除Flash存儲系統(tǒng)。主要用于存儲FP-GA配制文件及Nios II軟核CPU執(zhí)行程序代碼；SDRAM控制器用來控制SDRAM，保證Nios II處理器能順利地對SDRAM進行讀寫操作；SDRAM用于存儲用戶程序代碼和Nios II軟核CPU運行時的重要數(shù)據(jù)；鍵盤和鍵盤接口構(gòu)成本系統(tǒng)的輸入設備，輸入的信息通過Avalon數(shù)據(jù)總線被送至Nios II軟核CPU；LCD控制器是用戶自定組件，它與外圍240x128液晶顯示屏構(gòu)成字符顯示設備，用于顯示人機界面和輸出電壓值。

3 關(guān)鍵器件選型
這里所用到的關(guān)鍵器件主要有可編程邏輯器件FPGA、串行電可擦除Flash存儲器、SDRAM存儲器、D／A轉(zhuǎn)換器和240x128液晶顯示器等。
考慮設計成本等因素，可編程邏輯器件FPGA采用EP1C6Q240C8低功耗器件。該器件采用邏輯陣列模塊(LAB)和查找表(LUT)結(jié)構(gòu)，內(nèi)核采用 1．5 V電壓供電，其內(nèi)部資源豐富，內(nèi)嵌5 980個邏輯單元(LE)、20個4 K字節(jié)雙口存儲單元(M4K RAM block)和92 160 bit的高速RAM等。串行電可擦除Flash存儲器采用Altera公司的EPCS16ST16N集成電路；SDRAM存儲器采用三星公司的 K4S641632H；D／A轉(zhuǎn)換器采用National Semiconductor公司的DAC0832；為增加顯示信息，采用240x128型液晶顯示器顯示字符。