重庆大学本科学生毕业设计（论文） 3 硬件电路原理及设计
图3.2 电源原理图
3.2.5 I/O扩展电路
设计中所使用的这款EPRCE6-FPGA开发板所有剩余IO被全部引出，用户可
以通过这些扩展IO的外接其他电路，方便快捷，既保证了通用性，又保证了实用性。Altera FPGA开发板I/O通过P1插座引出。 插座设置了VCC5V、3.3V、GND 电源，方便以后单独使用。 扩展I/O口的原理图如图3.3所示。
图3.3 扩展I/O原理图
3.3电源电路原理及设计
设计中需要给FPGA提供3.3V直流电源，需要给L298N芯片提供24V驱动
电源，使其能够驱动电机运转。 所以这就需要设计单独的电源电路，其能够将220V
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交流电压经过降压，整流变到所需的直流电压值。 电路如图3.4所示。
图3.4 电源电路图
采用开关电源进行电源设计，如图所示，首先将交流220V电压经过变压器降到较低的电压值。然后进行桥式整流电路对其进行整流，设计中用到LM2576稳压芯片来进行稳压输出，然后将其中的纹波滤掉，然后配置合适的电阻值，再次进行滤波，即可得到所需的电压值。
LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具 有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。 为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压(1.23V)，正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1kΩ(可调-ADJ时开路)，R2分别为1.7 kΩ(3.3V)、3.1 kΩ(5V)、8.84 kΩ(12V)、11.3 kΩ(15V)和0(-ADJ)，上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值 1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比从而使输出电压保持稳定。
3.4 L298N芯片
3.4.1芯片介绍
L298是SGS(通标标准技术服务有限公司)公司的品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机，其引脚排列如图3.5中所示。
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图3.5 芯片引脚图
L298N的引脚9为LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss，即逻辑供应电压。引脚4为SUPPLY VOLTAGE Vs，即驱动部分输入电压。Vss电压要求输入最小电压为4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，但经过实验，Vs电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。它的引脚2，3，13，14为L298N芯片输入到电动机的输出端，其中引脚2和3能控制两相电机，对于直流电动机，即可控制一个电动机。同理，引脚13和14也可控制一个直流电动机。引脚6和11脚为电动机的使能接线脚。引脚5，7，10，12为单片机输入到L298N芯片的输入引脚。
3.4.2逻辑功能及外接电路图
EN A（B） IN1（IN3） IN2（IN4） 电机运行情况
H H L 正转 H L H 反转
H 同IN2（IN4） 同IN1（IN3） 快速停止 L X X 停止
控制使能引脚ENA或者ENB就可以实现PWM脉宽速度调整。其外接电路图如
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图3.6所示。
图3.6 L298N电路原理图
3.4.2实物模块图及其它参数
为了缩短开发周期，可直接购买相应的模块电路，其使用方便，性能可靠，如
图3.7所示。
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图3.7 L298N模块实物图
如图，设计中输出A对接驱动电机；逻辑输入对接FPGA的42,43引脚；通道A使能与FPGA的34引脚相对接，以实现PWM调试；设计用12V电风扇去模拟24电机，故让12供电与外围电源的12V输出对接。
其具体的其它参数如下： ① 逻辑部分输入电压：6～7V ② 驱动部分输入电压Vs：4.8～46V ③ 逻辑部分工作电流Iss：≤36mA ④ 驱动部分工作电流Io：≤2A ⑤ 最大耗散功率：25W（T=75℃）
⑥ 控制信号输入电平：高电平：2.3V≤Vin≤Vs低电平：-0.3V≤Vin≤1.5V ⑦ 工作温度：-25℃～＋130℃ ⑧ 驱动形式：双路大功率H桥驱动
3.5 DS18B20温度传感器及驱动电路
3.5.1 DS18B20简介
DS18B20数字温度传感器，是采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的\一线器件\体积更小、适用电压更宽、更经济 DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器ds1820是世界上第一片支持 \一线总线\接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
3.5.2 DS18B20主要特征及参数
DS18B20传感器的测量结果直接以数字信号的形式输出，以“一线总线”方式串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；温度测量范围在-55℃~+125℃之间，在-10℃~+85℃时精度为±0.5℃；可检测温度分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃,0.0625℃，可实现高精度测温；它单线接口的独特性，使它与微处理器连接时仅需一条端口线即可实现与微处理器的双向通信；支持多点组网功能，即多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温的功能；工作电压范围宽，其范围在3.0~5.5V。DS18B20内部结构主要有四部分：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警
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