0 导言
电阻几乎是一切电路中必不可少的部分，常见的也有许多不同阻值的电阻，然而在一些电路中同一方位不一起间还需求不同阻值，在一些精度要求不高的场合，可用滑动变阻器来完成，可是咱们不能确认其详细阻值。跟着技能的进一步开展，为了满意教育研某些场合的需求，阻值确认并可调的电阻箱应运而生。电阻箱供给阻值的原理是经过电阻的串并联得到的不同阻值，因此用到的电阻数量较多，精度也不行高，并且还需求对所需电阻的每一位数挑选相应的档位，比较费事，也不行直观。而在一些出产运用中（如产品校验）需一起供给几组不同电阻，且要重复供给（如做产品老化检测验验），这就需求将该阻值记录下来，而曾经的电阻箱都不具有回忆功用，不能满意要求。
本文介绍了用FPGA来完成操控电阻的供给，用软件的办法来规划硬件，规划进程中可用有关软件进行各种仿真，一起整个体系可集成在一个芯片上，体积小、功耗低，可靠性高，又由于其内部有存储单元，所以能够满意上述的“回忆”功用。
1 硬件电路
依据FPGA的可编程电阻体系的硬件体系（如图1所示）首要由以下几个功用模块组成：
1．1 主操控器FPGA
FPGA（本规划中选用的是CyeloneII系列）操控中心是整个规划的中心，首要操控完成对体系的键盘输入进行处理，并依据输入的信息转换成输出数据，操控对应的继电器的吸合，然后得到不同的阻值。
以往可编程网络的主操控器有选用数字电路操控的，也有选用单片机操控的，本电路选用FPGA操控。EPGA是近几年来呈现并被广泛运用的大规模集成电路器材，它的特点是直接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，运用便利，硬件测验和完成便利，开发效率高，本钱低，上市时刻短，技能保护简略，作业可靠性好等。因此用来规划可编程电阻其灵活性更好。
现在市场上首要出产FPGA产品的公司有LatTIce、Xilinx、Altera。在教育进程中，一般运用Altera公司出产的FLEX系列和 Cyclone系列较多。鉴于产品的本钱和通用性考虑，本试验中选用CycloneII，它是第二代低本钱FPGA系列，它所具有的独特性能有：NiosII嵌入式处理
器支撑，嵌入式18*18数字信号处理乘法器，中等容量的片内存储器（能够满意本规划的要求）中等速度的I／O引脚和存储器接口。在性价比上更适合本规划，所以在本规划中选用此系列。
1．2 键盘输入电路
键盘输入电路首要完成输出电阻值巨细的设定，本规划中选用的4*4简易键盘输入即可满意要求，可供给简略明晰的数字键和功用键共16个键，包含：数字输入键：数字键0～9，按下数字键，输入一个数字，就可在对应的数码管上显现。
功用键：“电阻1”、“电阻2”本规划能够一起供给两组电阻，能够挑选电阻1，也能够挑选电阻2，供给一组电阻，也能够电阻1、电阻2一起挑选供给两组电阻。
“存储”：每输入完一个数字后按一下存储键，以便能够将几个数据存储下来，运转后将按数据存储的先后顺序及预置的时刻作业，循环供给数据。
“运转”：此键作为存储完数据后的发动键。
“中止”：中止供给电阻。
“复位”：可作为修正数据时用，按此键后能够使曾经存储的数据都清零，然后重置一组数据。
1．3 继电器电阻网络
电阻网络。其原理图如图2所示，从图中能够看出，开关的闭合决议与其对应的电阻的接入与否，本规划中选用8421编码原理操控提各阻值。
本规划所供用的电阻要准确到0．1 Ω，所以，此电阻网络所运用的电阻都是精细电阻。这儿咱们以供给电阻阻值在1500Ω以内的电阻为例来阐明。此电阻网络选用串联的办法来完成，8421编码办法只需操控相应的继电器，将其对应的精细电阻短接就能够完成。以1500 Ω以内电阻为例，只需16个电阻就能够满意要求。经过操控继电器J1至J16的断开或闭合，其对应的电阻就会接入或断开，最终接入的电阻串联相加就得输出的电阻值。
如经过键盘输入一个预置值，假如输入的数值为545．7Ω， 输出的阻值巨细就能够表明R=400+100+40+4+1+0．4+0．2+0．1。即只需将这些电阻需求接入，相应的继电器J1、J2、J3、J5、 J7、J11、J13、J15要断开，其他的继电器则闭合，对应的二进制代码则为（0101 0100 0101 0111）B，经过此列能够看出用16个电阻就能够完成1500Ω以内的精度可到达O．1 Ω的任何电阻，运用电阻数量小，经进程序来操控电阻的接入，体积更小，一起，保护起来也愈加便利，假如需求大于1500Ω的电阻，相同能够依据此原理来添加电阻（如8000、4000、2000、1000等），由于此规划中一起供给两个电阻，因此还要16个相同的电阻，原理同上（依据不同场合如要供给三组或三组以上的电阻只需相应添加即可）。
1．4 输出显现电路
输出显现电路首要功用是实时显现对应的键盘输入电阻值的巨细、当时作业的步数和预置时刻。依据要求，本试验选用数码管来显现其阻值即可，能够满意要求，为了显现以上数据，每个阻值的显现至少需求九个数码管，其间五位用来显现当时阻值的巨细，两位用来显现当时的作业步数，两位用来显现数据的作业时刻，假如选用静态显现操控将会需求适当多的引脚端资源（9&TImes;2&TImes;8=144个），为了削减对FPGA引脚资源的运用，本规划中选用扫描的办法来完成LED的动态显现。
2 软件规划及部分仿真成果
本规划中，首要操控程序都是经过FPGA的软件编程来完成。软件规划大体能够分为三个大模块：键盘扫描模块、LED显现模块、继电器电阻驱动电路模块。
2．1 键盘扫描模块
键盘扫描模块首要用来检测外界输入的数据，首要由分频器电路、键盘扫描计数器电路、键盘行和列按键检测电路、按键颤动消除电路和键盘编码电路组成。
由于本规划中外接频率为一般用6MHz的信号作为时钟信号，可是键盘扫描不需求那么高的频率，所以需求一个分频电路将其频率下降为1kHz。键盘扫描计数器首要为键盘行和列按键检测电路和键盘编码电路服务，键盘行和列按键检测电路用来检测键盘输入地点队伍的方位，按键颤动消除电路首要意图是为了防止按键时键盘发生的拉动效应使按键使能位发生不必要的颤动改变而形成重复计算按键次数的成果。一起，键盘方位的代号，并不是键盘上的按键值，所以要用键盘编码电路来传递真实的按键值。
2．2 LED显现模块
LED显现模块选用动态显现办法，这种完成办法是顺次点亮各个LED数码管，循环进行显现，这种显现办法操控好数码管之间的延时适当重要，依据人眼视觉暂留原理，LED数码管每秒的导通16次以上，人眼就无法分辩LED数码管时刻短的不亮，认为是一向点亮的，但延时也不是越小越好，由于LED数码管到达必定亮需求必定时刻。为了到达较好的作用，本规划中延时取0．005s。
2．3 继电器电阻驱动电路模块
继电器电阻驱动电路模块首要是FPGA依据键盘输入的电阻值，判别相应的一些电阻是否要接入，然后使电阻对应的继电器闭合或断开，给予其对应的信号1或O即可。
2．4 仿真成果
由上述理论可知，电阻1的发生原理和电阻2的发生原理彻底相同，为了使仿真成果愈加明晰，这儿的仿真波形只用电阻1来验证其正确性，其仿真波形如图3所示。
此图是仿真图中的一部分，只挑选了几个有代表性的信号显现出来加以阐明，从图中能够看出有时钟信号clk，复位信号reset，电阻1挑选信号 resistancel，numll至num51显现的别离是电阻值的小数位、个位、十位、百位、干位。step11和step21别离显现的是当时作业的步数的个位和十位，其间TIme11和time21别离显现的是作业时刻的个位和十位。Bus9则是动态显现时的数据信号，JIDIANQI则代表的是16个继电器的开关状况。从上图中能够看出该电阻的小数位的段码为07H，对应的二进制便是00000111，其对应显现的数字是7即小数位为7，同理可知其个位数为5，十位数为4，百位数为3，千位数为1，所以其阻值就为1345．7Ω，从图中能够看出总线上是循环传递着时刻、步数和数值信息，依据阻值，其相应的继电器会闭合，依据上述电阻网络原理，J4、J6、J8、J9、J10、J12、J14闭合，其他的继电器均断开，即对应的二进制代码为（0010101110101000）B，换算成十六进制即为2BA8，从上图能够看出其验证成果是正确的。
3 结束语
体系经过引入FPGA来完成电阻供给这一模块，且将周围其他数字逻辑电路也集成至该芯片中。这样既处理了体系的特殊性，又增强了体系的抗干扰性，提高了操控精度，也简化了调试。此外，本体系还将驱动电路、编解码电路等硬件经过VHDL言语在FPGA芯片中完成，比较曾经的模仿电路和单片机的完成办法，运用的元器材更少，体积也更小，针对不同场合，修正起来也愈加便利。具有很好的市场前景。
