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CPLD在無功補(bǔ)償控制儀鍵盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

時間:2008-08-07 13:34:00來源:ronggang

導(dǎo)語:?本控制儀以單片機(jī)80c196kc為核心,集無功補(bǔ)償、電度量計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)測及通信于一體,能實(shí)時顯示電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù),通過鍵盤可人工設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)
摘 要:本控制儀以單片機(jī)80c196kc為核心,集無功補(bǔ)償、電度量計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)測及通信于一體,能實(shí)時顯示電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù),通過鍵盤可人工設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)。單片機(jī)外圍芯片PSD8XX及復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)的使用不僅使系統(tǒng)的硬件電路簡化,而且使系統(tǒng)的性能提高。本文將討論用CPLD來實(shí)現(xiàn)控制儀的鍵盤系統(tǒng),給出了硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞:無功補(bǔ)償; 鍵盤; 復(fù)雜可編程邏輯器件 1 引言   無功補(bǔ)償裝置是用于補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率的不足,提高功率因數(shù),保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行和節(jié)約電能的設(shè)備,其核心是控制儀。本控制儀集無功補(bǔ)償、電度量計(jì)量、電能質(zhì)量監(jiān)測及通信于一體,對電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時采樣與計(jì)算并把各項(xiàng)參數(shù)顯示在LCD上,還可通過鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置,用于改變控制儀的運(yùn)行模式等。   控制儀的最小系統(tǒng)由單片機(jī)80c196kc和可編程單片機(jī)外圍接口芯片PSD834F2組成,這樣既省去了地址鎖存器和譯碼器等一些小規(guī)模芯片,使硬件電路得到了簡化,又提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)運(yùn)行所需要的程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)均放在PSD834F2中。用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)取代一些數(shù)字器件擴(kuò)展系統(tǒng)的外圍電路,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能,還便于調(diào)試和維護(hù)。本文以下將具體介紹如何用CPLD來擴(kuò)展鍵盤和顯示電路。 2 鍵盤輸入模塊的硬件設(shè)計(jì)   鍵盤輸入主要用于現(xiàn)場電流變比,電容器組數(shù),單組電容器容量,電壓上、下限,諧波上限,控制儀地址編號等系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。而且與顯示模塊配合用于查看各相電壓、電流,無功功率,有功功率,功率因數(shù)等的情況。   設(shè)計(jì)鍵盤時,如果采用軟件掃描的方式,雖然硬件電路簡單,但掃描會耗去CPU不少時間,降低系統(tǒng)的整體性能;如果采用接口芯片8279來管理鍵盤,雖可代替CPU完成對鍵盤的控制,減輕CPU的負(fù)擔(dān),但8279體積大且功能單一。所以,本系統(tǒng)采用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)來設(shè)計(jì)鍵盤的接口電路,完成對鍵盤的掃描工作,當(dāng)有鍵按下時,則產(chǎn)生中斷信號供CPU讀取掃描碼。除此之外,CPLD還可實(shí)現(xiàn)其它模塊的接口電路以及完成地址譯碼等功能。   本系統(tǒng)采用4X4鍵盤,其硬件電路如圖1: [align=center] 圖1 4X4 鍵盤框圖[/align]   CPLD采用Lattice公司的ispLSI1016E-100L器件,該器件包括32個I/O引腳,4個專用引腳,集成密度為2000個PLD等效門,引腳至引腳的延遲為7.5ns,工作頻率為100MHz。該器件由集總布線區(qū)(GRP)和萬能邏輯塊(GLB)構(gòu)成,GLB通過GRP連接起來。   對復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)內(nèi)部邏輯功能的描述方式有多種,本系統(tǒng)采用了原理圖輸入與VHDL語言描述相結(jié)合的方式,這樣可以發(fā)揮兩者的優(yōu)勢,加快開發(fā)進(jìn)程。設(shè)計(jì)時采用層次化設(shè)計(jì),描述系統(tǒng)總體功能的最上層使用原理圖輸入,而原理圖中的某些功能模塊采用VHDL編寫。實(shí)際原理圖如圖2: [align=center] 圖2 鍵盤邏輯實(shí)際原理圖[/align]   上圖中Module 1模塊實(shí)現(xiàn)分頻功能,CLK來自單片機(jī)80C196KC的CLKOUT腳,其周期為3個時鐘振蕩周期,占空比為33%。若單片機(jī)用16M晶振,其頻率約為:16M/3=5.33M。Module 1 把頻率降至約1K,Module 2模塊以一秒的間隔使O3~O0依次循環(huán)輸出低電平進(jìn)行鍵盤掃描 。當(dāng)有鍵按下時,I3~I(xiàn)0中有一個為低電平,異或門輸出1個高電平脈沖,鎖存鍵盤狀態(tài)并向單片機(jī)申請中斷。系統(tǒng)為鍵盤分配的地址空間為0xf100~0xf1ff,在此范圍內(nèi)可讀取鍵盤的掃描碼。   由于篇幅有限,以下只給出Module 2的VHDL語句,具體如下:   LIBRARY ieee;   USE ieee.std_logic_1164.ALL;   USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;   ENTITY Module2 IS   PORT ――定義端口   ( clk :IN std_logic;   q :OUT std_logic_vector(3 DOWNTO 0)  ?。?   END Module2;   ARCHITECTURE Module2 of Module2 IS   BEGIN   PROCESS(clk)   VARIBLE sum:integer:=0; ――定義變量sum,初值為0   BEGIN   IF(clk’event AND clk=’1’)THEN   sum:=sum+1; ――clk為上升沿時,sum加1   IF(sum>=5)THEN   sum:=1;   END IF;   END IF;   CASE sum IS ――根據(jù)sum輸出相應(yīng)的值   WHEN 1 => q<=“1110”;   WHEN 2 => q<=“1101”;   WHEN 3 => q<=“1011”;   WHEN 4 => q<=“0111”;   WHEN OTHERS => q<=“1111”;   END CASE;   END PROCESS;   END Module2; 3 鍵盤掃描碼與相應(yīng)鍵的對應(yīng)關(guān)系   中斷服務(wù)程序讀取寄存器FD18中的掃描碼,經(jīng)過判斷就可知道按下的是哪一個鍵,然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序進(jìn)行處理。鍵號和掃描碼的具體對應(yīng)關(guān)系如表1:   表1 鍵號和掃描碼對應(yīng)表
4 鍵盤輸入模塊的軟件設(shè)計(jì)   系統(tǒng)的一些基本參數(shù)可以通過鍵盤來設(shè)置或改變,每按下一鍵,CPLD掃描到鍵值后向CPU申請中斷。CPU進(jìn)入鍵盤管理中斷程序后,讀取、存儲鍵值并置接收到鍵值標(biāo)志。主程序識別到標(biāo)志,對接收到的鍵值進(jìn)行處理。   參數(shù)設(shè)置格式是:A**B**…*B。也就是說,按‘A’鍵進(jìn)入設(shè)置狀態(tài),‘**’的組合表示設(shè)置項(xiàng)目,‘B’確認(rèn)設(shè)置項(xiàng)目,‘**…*’所設(shè)置項(xiàng)目的數(shù)值,最后的‘B’是結(jié)束符,表示此次設(shè)置結(jié)束。設(shè)置步驟的軟件處理流程如圖3: [align=center] 圖3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置處理流程圖[/align] 5 結(jié)束語   用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)擴(kuò)展的鍵盤接口經(jīng)過實(shí)用,效果較好,既提高了單片機(jī)的響應(yīng)速度,又簡化了硬件電路。此外,CPLD還可用于其它的接口設(shè)計(jì),使其性能得到進(jìn)一步體現(xiàn)。 參考文獻(xiàn):   【1】劉篤仁 用ISP器件設(shè)計(jì)現(xiàn)代電路與系統(tǒng) 西安電子科技大學(xué)出版社 2002   【2】趙茂泰 智能儀器原理及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社 1999

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