采用FPGA的可编程电压源系统原理及设计

2．3 程序仿真
在QuartusⅡ软件中，用原理图的方式把上面两个程序例化成工程。图2为例化后的结果。

ROM中的数据采用．mif格式进行存储。ROM中存储的数据如图3所示。

对工程进行全编译，用启动仿真器对工程进行功能仿真。仿真结果如图4所示。从仿真结果可以看出，din_dac输出的数据与ROM内写入的数据完全一致。clk_dac和cs_dac：也完全满足数／模转换器所需的控制信号。

3 数／模转换器和运算放大器的设计
采用TI公司的TLC5615和OPA551分别作为数／模转换器和运算放大器。TLC5615是10位电压输出型数／模转换器，其转换输出如式(1)所示。

从式(1)可看出，数／模转换输出由参考电压VREFIN和输入数据Code决定，输出精度达到1／1 024，因此可以达到很高的调压精度。
两款元器件均采用DIP封装形式，可以即插即用，加上价格不高，特别适合用来实验。数／模转换器和运算放大器的硬件连接原理图如图5所示。OPA采用同相输入，放大后的输出电压值为：

通过改变R3和R2的值，在输入不变的条件下便可改变输出电压。

4 实验结果
取Vref=2．16 V，R1=2．5 kΩ，R2=3 kΩ，R3=15 kΩ，V+=30 V。V_=-30 V，ROM中的数据如图6所示。

实验只用到ROM的30个单元数据，即只产生30路可编程电压。把．sof文件加载到FPGA中。实验结果在示波器显示如图7所示。

图7中上边曲线为放大后的电压，下面曲线为数／模转换输出的电压。根据式(1)算出数／模转换器的输出电压最大值Vmax=4．315 V．测得值为4．32 V。根据式(2)算出Vmax=25．89 V，测得值为26．0 V。图7中各阶输出电压均与图6中数据相对应。实际测试结果与理论计算相吻合。实验表明，系统的精度高，稳定性强。

5 结 语
利用FPGA可以方便定制IP核，可重复编程，可在线调试的诸多优点，在改变ROM的地址单元数及各单元数据以及改变分频模块的参数，极其方便地产生所需的可编程多路电压。通过实验表明，系统产生的电压稳定，精度高，可调范围大（0-26V），适合为电子元件或者对多像素的元件提电源。此外，本文给出了完整的程序代码、原理图参数，具有一定的工程参考价值。