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CPLD在无功补偿控制仪键盘设计中的应用

王林安?? 王建华?? 田小林?? 2012年08月24日 ?? 收藏1
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:

CPLD在无功补偿控制仪键盘设计中的应用

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。

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:

CPLD在无功补偿控制仪键盘设计中的应用

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。

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PSD834F2? 无功补偿控制仪? CPLD?

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