基于CPLD的数控可逆步进调压直流稳压电源设计

 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。
表1 档位与对应输出电压值
档位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
输出电压（V） 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 12.0 13.5 15.0
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，

【作者简介】胡迎刚（1982年-），男，四川富顺人，汉族，讲师，硕士学位，研究方向为数字图像处理、嵌入式系统设计。
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/，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、的阻止大小之比，将会决定输出电压大小，如果是一个固定电阻，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，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。
图4 VHDL生成的设计结构图
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。
4.3 档位译码模块
该模块功能是将计数器得到的档位值通过译码输出10位二进制高、低电平，控制图3中Q0～Q10对应三极管的导通，从而得到10档直流电压输出，完成设计功能。
4.4 数码译码模块
该模块主要功能是实现对档位值进行译码，实现数码管显示。
5 测试结果
如图3电路设计，接入负载RL=510Ω，用按键KEY控制10个档位逐次测量输出电压，重复多次测量并求出平均值，误差在0～0.3%之间。
6 结束语
本系统采用硬件描述语言，以CPLD和LM317为核心，实现了10档位可调，步进1.5V，电压范围1.5～15V的直流稳压电源设计。该系统具有控制方便、电路简单、实现成本低、程序设计要求低、方便和直观等特点。但该电源带负载能力差，还有待改进。

参考文献
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