中国电子技术网

设为首页 网站地图 加入收藏

 
 

基于复杂可编程逻辑器件实现键盘接口电路的设计

关键词:可编程逻辑 键盘接口 可编程单片机

时间:2020-09-03 13:33:23      来源:网络

无功补偿装置是用于补偿电网无功功率的不足,提高功率因数,保证供电系统安全运行和节约电能的设备,其核心是控制仪。本控制仪集无功补偿、电度量计量、电能质量监测及通信于一体,对电网参数进行实时采样与计算并把各项参数显示在 LCD 上,还可通过键盘进行系统参数设置,用于改变控制仪的运行模式等。

1引言

无功补偿装置是用于补偿电网无功功率的不足,提高功率因数,保证供电系统安全运行和节约电能的设备,其核心是控制仪。本控制仪集无功补偿、电度量计量、电能质量监测及通信于一体,对电网参数进行实时采样与计算并把各项参数显示在 LCD 上,还可通过键盘进行系统参数设置,用于改变控制仪的运行模式等。


控制仪的最小系统由单片机 80C196KC 和可编程单片机外围接口芯片 PSD834F2 组成,这样既省去了地址锁存器和译码器等一些小规模芯片,使硬件电路得到了简化,又提高了系统的可靠性。系统运行所需要的程序、数据和参数均放在 PSD834F2 中。用复杂可编程逻辑器件(CPLD)取代一些数字器件扩展系统的外围电路,进一步提高了系统的性能,还便于调试和维护。本文以下将具体介绍如何用 CPLD 来扩展键盘和显示电路。

2 键盘输入模块的硬件设计

键盘输入主要用于现场电流变比,电容器组数,单组电容器容量,电压上、下限,谐波上限,控制仪地址编号等系统参数设置。而且与显示模块配合用于查看各相电压、电流,无功功率,有功功率,功率因数等的情况。

设计键盘时,如果采用软件扫描的方式,虽然硬件电路简单,但扫描会耗去 CPU 不少时间,降低系统的整体性能;如果采用接口芯片 8279 来管理键盘,虽可代替 CPU 完成对键盘的控制,减轻 CPU 的负担,但 8279 体积大且功能单一。所以,本系统采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)来设计键盘的接口电路,完成对键盘的扫描工作,当有键按下时,则产生中断信号供 CPU 读取扫描码。除此之外,CPLD 还可实现其它模块的接口电路以及完成地址译码等功能。

本系统采用 4X4 键盘,其硬件电路如图 1:

图 1 4X4 键盘框图

CPLD 采用 Lattice 公司的 ispLSI1016E-100L 器件,该器件包括 32 个 I/O 引脚,4 个专用引脚,集成密度为 2000 个 PLD 等效门,引脚至引脚的延迟为 7.5ns,工作频率为 100MHz。该器件由集总布线区(GRP)和万能逻辑块(GLB)构成,GLB 通过 GRP 连接起来。[page]

对复杂可编程逻辑器件(CPLD)内部逻辑功能的描述方式有多种,本系统采用了原理图输入与 VHDL 语言描述相结合的方式,这样可以发挥两者的优势,加快开发进程。设计时采用层次化设计,描述系统总体功能的最上层使用原理图输入,而原理图中的某些功能模块采用 VHDL 编写。实际原理图如图 2:

图 2 键盘逻辑实际原理图

上图中 Module 1 模块实现分频功能,CLK 来自单片机 80C196KC 的 CLKOUT 脚,其周期为 3 个时钟振荡周期,占空比为 33%。若单片机用 16M 晶振,其频率约为:16M/3=5.33M。Module 1 把频率降至约 1K,Module 2 模块以一秒的间隔使 O3~O0 依次循环输出低电平进行键盘扫描 。当有键按下时,I3~I0 中有一个为低电平,异或门输出 1 个高电平脉冲,锁存键盘状态并向单片机申请中断。系统为键盘分配的地址空间为 0xf100~0xf1ff,在此范围内可读取键盘的扫描码。

由于篇幅有限,以下只给出 Module 2 的 VHDL 语句,具体如下:

LIBRARY ieee;

USE ieee.STd_logic_1164.ALL;

USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;

ENTITY Module2 IS

PORT ――定义端口

( 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; ――定义变量 sum,初值为 0

BEGIN

IF(clk’event AND clk=’1’)THEN

sum:=sum+1; ――clk 为上升沿时,sum 加 1

IF(sum》=5)THEN

sum:=1;

END IF;

END IF;

CASE sum IS ――根据 sum 输出相应的值

WHEN 1 =》 q《=“1110”;

WHEN 2 =》 q《=“1101”;

WHEN 3 =》 q《=“1011”;

WHEN 4 =》 q《=“0111”;

WHEN THERS =》 q《=“1111”;

END CASE;

END PROCESS;

END Module2;[page]

3 键盘扫描码与相应键的对应关系

中断服务程序读取寄存器 FD18 中的扫描码,经过判断就可知道按下的是哪一个键,然后转入相应的程序进行处理。键号和扫描码的具体对应关系如表 1:

表 1 键号和扫描码对应表

 

 

4 键盘输入模块的软件设计

系统的一些基本参数可以通过键盘来设置或改变,每按下一键,CPLD 扫描到键值后向 CPU 申请中断。CPU 进入键盘管理中断程序后,读取、存储键值并置接收到键值标志。主程序识别到标志,对接收到的键值进行处理。

参数设置格式是:A**B**…*B。也就是说,按‘A’键进入设置状态,‘**’的组合表示设置项目,‘B’确认设置项目,‘**…*’所设置项目的数值,最后的‘B’是结束符,表示此次设置结束。设置步骤的软件处理流程如图 3:

 

图 3 系统参数设置处理流程图

5 结束语

用复杂可编程逻辑器件(CPLD)扩展的键盘接口经过实用,效果较好,既提高了单片机的响应速度,又简化了硬件电路。此外,CPLD 还可用于其它的接口设计,使其性能得到进一步体现。

  • 分享到:

 

猜你喜欢

  • 主 题:TDK适用于新能源汽车的创新型解决方案
  • 时 间:2020年10月28日
  • 公 司:TDK

  • 主 题:Kemet薄膜电容在光伏逆变器中的一站式应用方案以及产品发展趋势
  • 时 间:2020年11月03日
  • 公 司:arrow& Kemet