【正文】 VHDL 語言是一種描述、模擬、綜合、優(yōu)化和布線的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 , 因此它可以使設(shè)計成果在設(shè)計人員之間方便地進行交流和共享, 從而減小硬件電路設(shè)計的工作量, 縮短開發(fā)周期。Quartus II 可以在 XP、Linux 以及 Unix 上使用，除了可以使用 Tcl 腳本完成設(shè)計流程外，提供了完善的用戶圖形界面設(shè)計方式。Quartus II 支持 Altera 的 IP 核，包含了 LPM/MegaFunction 宏功能模塊庫，使用戶可以充分利用成熟的模塊，簡化了設(shè)計的復(fù)雜性、加快了設(shè)計速度。此外，Quartus II 通過和 DSP Builder 工具與 Matlab/Simulink 相結(jié)合，可以方便地實現(xiàn)各種 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)；支持 Altera 的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級設(shè)計、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設(shè)計于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺。目前 Altera 已經(jīng)停止了對 Maxplus II 的更新支持，Quartus II 與之相比不僅僅是支持器件類型的豐富和圖形界面的改變?！?Altera QuartusII 作為一種可編程邏輯的設(shè)計環(huán)境, 由于其強大的設(shè)計能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計者的歡迎。該平臺支持一個工作組環(huán)境下的設(shè)計要求，其中包括支持基于 Inter 的協(xié)作設(shè)計。改進了軟件的 Logic Lock 模塊設(shè)計功能，增添 了 Fast Fit 編譯選項，推進了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。此單片機的運算能力強，軟件編程靈活，自由度大，能夠?qū)崿F(xiàn)對外圍電路的智能控制。8 位 D/A，分辨率為 1/256，選采樣電阻為 2 歐姆，D/A 輸出分辨率為 10mA 的電流，實現(xiàn)步進 10mA，完全能夠滿足本設(shè)計的要求。 其 內(nèi) 部 有 一 個 8 通 道 多 路 開 關(guān) ， 它 可 以 根 據(jù) 地址 碼 鎖 存 譯 碼 后 的 信 號 ， 只 選 通 8 個 單 斷 模 擬 輸 入 信 號 中 的 一 個 進 行 A/D轉(zhuǎn) 換 。（4）鍵盤電路：在進行電流設(shè)定值的調(diào)整中僅需要 6 個按鍵，所以采用獨立式按鍵的鍵盤接口，即可滿足電路的設(shè)計要求。顯示電路采用串行通信方式，利用 8 個 74LS164 將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行輸出，去驅(qū)動 8 位數(shù)碼管。 設(shè)計方框圖根據(jù)數(shù)控直流電流源的要求，由于要求有較大的輸出電流范圍和較精確的步進要求以及較小的紋波電流，所以不適合采用簡單的恒流源電路 FET 和恒流二極管，亦不適合采用開關(guān)電源的開關(guān)恒流源，否則難以達到輸出范圍和精度以及紋波的要求。系統(tǒng)的原理框圖如圖 1 所示。本電路中晶振頻率采用 12MHz，則單片機的機器周期就為 1181。復(fù)位電路才采用手動復(fù)位和上電復(fù)位組合。為了是電路工作可靠，每個端口都接了一個阻值 10K的上拉電阻。電流值調(diào)整按鍵分布如圖 3 所示。該芯片 8 位數(shù)據(jù)采用并行輸入，所以直接接至單片機的 P2 口。江 西 師 范 大 學(xué) 科 學(xué) 技 術(shù) 學(xué) 院 14 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 10 頁 共 36頁C322uFR81KCRY12MHzC133PFC233PFS7 +5VR7200U1. 18U1. 19U1. 09圖 2 確 定 設(shè) 置圖 3 A/D 轉(zhuǎn)換電路A/D 轉(zhuǎn)換采用典型的轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809。 其 內(nèi) 部 有 一 個 8 通 道 多 路 開 關(guān) ，它 可 以 根 據(jù) 地 址 碼 鎖 存 譯 碼 后 的 信 號 ， 只 選 通 8 個 單 斷 模 擬 輸 入 信 號 中 的一 個 進 行 A/D 轉(zhuǎn) 換 。ADC0809 的 工 作 過 程 是 ： 首 先 輸 入 3 位 地 址 ， 并 使 ALE=1， 將 地 址 存 入地 址 鎖 存 器 中 。 START 上升 沿 將 逐 次 逼 近 寄 存 器 復(fù) 位 。 直 到 A／ D 轉(zhuǎn) 換 完 成 ， EOC 變 為 高 電 平 ， 指 示A／ D 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 ， 結(jié) 果 數(shù) 據(jù) 已 存 入 鎖 存 器 ， 這 個 信 號 可 用 作 中 斷 申 請 。 電壓－電流轉(zhuǎn)換和功率放大電路壓控恒流源是本系統(tǒng)的重要組成部分，它的功能是用電壓來控制電流的變化，圖 4 是數(shù)控電流源的恒流電路和加法器電路。LM324 主要功能是實現(xiàn)精密 V/I 轉(zhuǎn)換。因為輸出電流范圍是 0—2022mA，由于取樣電阻為 2 歐姆，則其電壓降為0—4000mV，即 U1 電壓范圍為 11V—。 加法器主要是利用其抬高 U1 點的電壓，將 U1 點的電位抬高到 11V，在D/A 輸出為 0—5V 時，從而使 R9 上Vcc20Iout1 11lsbDI07 Iout2 12DI16DI25 Rfb 9DI34DI416 Vref 8DI515DI614 msbDI713ILE 19WR2 18CS1WR1 2Xfer17 U3DAC083032 184U4AALM32456 7U4ABLM32432 184U4AALM32456 7U4ABLM324R?10KR?10K+5V+5VR1810KR1910KR1710KR2010KR2110KR2210KR2310KR2410KV1TIP41CV2TIP41CR292+15V RL12345678J2CON8U1圖 4得到 0—2A 的電流。經(jīng)過 U1B 的反相作用，故 U2A 的同相輸入端的電壓為 ，根據(jù)運算放大器虛短的特點，U2A 的同相電壓等于 U2A 的反相電壓，故負載 RL 上的電流為： R9 采用 2 歐姆精密電阻，在 UDA輸出為 0 時調(diào)節(jié)可變電阻 R1，即調(diào)節(jié) U0的值，使 U0的值為 11V，即可達到 IRL＝2A。 輸出電流采樣電路輸出電流采樣電路是采用取采樣電阻兩端的電壓差，根據(jù) I=V/R 換算得到電流值的。通過對電阻 R9 兩端的電壓值進行采樣，經(jīng)江 西 師 范 大 學(xué) 科 學(xué) 技 術(shù) 學(xué) 院 14 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 12 頁 共 36頁過運算放大器送入 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 進行轉(zhuǎn)換。R9 兩端的電壓在 0～4V 的范圍內(nèi)變化，滿足 A/D轉(zhuǎn)換的要求和系統(tǒng)設(shè)計的精度要求。顯示電路采用串行通信方式，利用 8 個 74LS164 將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行輸出，去驅(qū)動 8 位數(shù)碼管。IN026 msb21 2122 20IN127 23 1924 18IN228 25 826 15IN31 27 14lsb28 17IN42 EOC 7IN53 ADDA 25IN64 ADDB 24ADDC 23IN75 ALE 22ref()16 ENABLE 9START 6ref(+)12 CLOCK 10U2ADC080932184 U4AALM324567 U4ABLM32432184 U4AALM324567 U4ABLM324V1TIP41CV2TIP41CR292+15VRLR2810KR2710KR2510KR2610K+5V123J3CON312345678J1CON8圖 5c1d2g10e4dp5b6a7f98LED1c1d2g10e4dp5b6a7f98LED2c1d2g10e4dp5b6a7f98LED3c1d2g10e4dp5b6a7f98LED4A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U274LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U374LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U474LS164A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U574LS164+5V GNDD7IN4007D6IN4007D5IN4007+5Vc1d2g10e4dp5b6a7f98LED5A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U674LS164c1d2g10e4dp5b6a7f98LED6A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U774LS164c1d2g10e4dp5b6a7f98LED7A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U874LS164c1d2g10e4dp5b6a7f98LED7A1B2QA3QB4QC5QD6GND7CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13VCC14U874LS164 圖 6江 西 師 范 大 學(xué) 科 學(xué) 技 術(shù) 學(xué) 院 14 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 13 頁 共 36頁 程序流程圖為了讓盡可能多的 CPU 時間來進行反饋控制，顯示是由中斷控制的，利用中斷進行顯示刷新。程序流程圖如圖 7 所示。這此過程中認識到自己的知識面太狹小，也許是自己制作的實品太少了，對一些芯片的了解甚少，今后在工作中一定要補充這塊。撰寫論文時，也讓自己認識到做每件事都應(yīng)認真對待，要規(guī)范、嚴(yán)謹。本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機控制技術(shù)、大功率電源設(shè)計、電子工藝等多方面的知識，所設(shè)計的基于單片機程序控制的壓控恒流源，達到了題目要求，同時也使我們的動手能力和電子設(shè)計能力得到了極大鍛煉。5mA，輸出電流可在 20mA~2022mA 范圍內(nèi)任意設(shè)定，因而可實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒流源等領(lǐng)域。今后，我將更加努力地學(xué)