CPLD在無功補償控制儀鍵盤設(shè)計中的應(yīng)用

摘 要：本控制儀以單片機80c196kc為核心，集無功補償、電度量計量、電能質(zhì)量監(jiān)測及通信于一體，能實時顯示電網(wǎng)的各項參數(shù)，通過鍵盤可人工設(shè)定系統(tǒng)運行的參數(shù)。單片機外圍芯片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來實現(xiàn)控制儀的鍵盤系統(tǒng)，給出了硬件電路和軟件設(shè)計方法。

1 引言

無功補償裝置是用于補償電網(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。本控制儀集無功補償、電度量計量、電能質(zhì)量監(jiān)測及通信于一體，對電網(wǎng)參數(shù)進行實時采樣與計算并把各項參數(shù)顯示在LCD上，還可通過鍵盤進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，用于改變控制儀的運行模式等。

控制儀的最小系統(tǒng)由單片機80C196KC和可編程單片機外圍接口芯片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)字器件擴展系統(tǒng)的外圍電路，進一步提高了系統(tǒng)的性能，還便于調(diào)試和維護。本文以下將具體介紹如何用CPLD來擴展鍵盤和顯示電路。

2 鍵盤輸入模塊的硬件設(shè)計

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：

圖1 4X4 鍵盤框圖

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。