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基于CPLD 的数控可逆步进调压直流稳压电源设计

浏览184次时间：2015年1月21日 16:57

胡迎刚四川师范大学成都学院四川成都 611745

【文章摘要】

采用硬件描述语言，结合典型直流稳压电源电路，实现数控可逆步进调压直流稳压电源系统设计。采用CPLD 作为数控软件实现平台，解决了可编程逻辑器件在模拟系统中使用难题，与传统单片机控制实现相比，该方案软件设计更简单、灵活，功能更完善。本文重点介绍了系统实现原理，VHDL 实现控制代码，经验证，该系统能实现相应功能。

【关键词】

VHDL;CPLD; 步进可调; 稳压电源

中图法分类号 TP334.4 ；

文献标识码 A

0 引言

化时代的到来，对于稳压电源而言，也已经实现了数字化方式，目前已经有多种方式实现数字可调的各种数字直流稳压电源，被广泛应用在各种电子系统设计和验证中。由于电子系统功能不断完善，对于电源的要求也越来越高，现在实现的数字可控直流稳压电源几乎都是采用单片机方式完成，但这种实现方案有点陈旧，功能也不是特别完善，软件控制也缺乏灵活性、简易性。因此，本文提出了一种基于主流的可编程逻辑器件实现的数字可控步进调压功的直流稳压电源设计方案，该方案中软件控制部分采用VHDL 实现，利用硬件描述

语言并行特性，从而可以提高系统的反应速度，增加灵敏度，同时，控制方式变得异常简单、功能较为完善，下文将重点介绍该系统实现原理和具体代码构成。

1 系统功能介绍

该系统主要实现一个输出直流电压范围为1.5V~15V，步进值为1.5V 的稳压电源。其中电压调节采用按键功能实现10 档位可控调节，档位与输出电压关系如表1 所示。

2 系统设计方案

该系统功能架构如图1 所示，其中CPLD 主要实现数控核心功能，通过扫描按键状态，获取步进档位，从而正确驱动典型稳压模块，使其输出正确的电压值，并将档位和电压值送

到数码管模块进行显示。而LM317 稳压电路采用的是正电压可调式三端稳压器组成的典型可调直流稳压电源电路。

图1 系统结构框图

3 硬件设计原理及电路

3.1 LM317 功能介绍

LM317 是目前使用较为广泛的三端可调正电压器集成电路，其输出电压范围可以是1.2V 至37V，负载电流最大为1.5A，具有较好的线性调整率和负载调整率。同时还具有内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。其典型外观和应用电路如图2 所示。

（a）LM317 实物（ b）基本应用电路

图2 LM317 实物及典型应用电路

由该基本应用电路及LM317 工作原理可知，控制端与输出端之间的电位差为1.25 V，因此输出端电压=1.25 V+ 。其中是控制端的电位，大小等于 x ，而又等于1.25/R1，因此，输出端电压实际计算公式如公式1 所示：

(1)

电路中电阻R1、的阻止大小之比，将会决定输出电压大小，如果R1 是一个固定电阻，那么通过改变的阻止大小将会决定输出电压大小。

3.2 硬件电路设计

图3 所示是本次系统设计的硬件电路图，系统实现了数控步进调压功能。其中，R 为一固定电阻，大小为240Ω，为R1 ～ R10。为了实现步进电压值为1.5V 的设计要求，经过计算得出了各个电阻阻值大小，R1 取48Ω，R2 ～ R10 取288Ω。Q0 ～ Q10 则是通过三极管实现了档位控制功能，当其中任何一个取高电平时，对应三极管导通，这样的值将改变，根据公式1，则能输出准确的电压值，实现了数控功能。

图3 数控式步进调压直流稳压电源硬件电路图

4 软件设计实现

数控可逆步进调压直流电源程序设计采用VHDL 实现，整个功由按键去抖动（KEY_DELAY）、档位计数器（DW_ COUNTER）、档位译码（DECODER）和数码管显示译码（DISP）模块构成，其系统结构如图4 所示。

4.1 按键去抖动模块

该模块主要功能是去除机械按键抖动，实现方法是通过设计一个延时计数器，将KEY、DIR 按键键值状态延时后输出给KEY_OUT 和DIR_OUT，这两个按键功能分别是档位选择和可逆控制。

4.2 档位计数器模块

该模块主要功能是实现对档位选择按键KEY 按键次数进行计数，以确定用户所需要的档位值，其计数范围是0 ～ 9，表示10 个档位。DIR 是计数器加、减方向控制端，当DIR=1 时，计数器对KEY 实现加计数，当DIR=0 时，实现减计数。RESET 是计数器清零端，即可以将电压档位恢复到第1 档输出。