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。

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，但 8279 體積大且功能單一。所以，本系統(tǒng)采用復雜可編程邏輯器件(CPLD)來設計鍵盤的接口電路，完成對鍵盤的掃描工作，當有鍵按下時，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)構成，GLB 通過 GRP 連接起來。［page］

對復雜可編程邏輯器件(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 語言描述相結合的方式，這樣可以發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，加快開發(fā)進程。設計時采用層次化設計，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。實際原理圖如圖 2：

圖 2 鍵盤邏輯實際原理圖

上圖中 Module 1 模塊實現(xiàn)分頻功能，CLK 來自單片機 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)輸出低電平進行鍵盤掃描 。當有鍵按下時，I3～I0 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 鍵盤掃描碼與相應鍵的對應關系

中斷服務程序讀取寄存器 FD18 中的掃描碼，經(jīng)過判斷就可知道按下的是哪一個鍵，然后轉入相應的程序進行處理。鍵號和掃描碼的具體對應關系如表 1：

表 1 鍵號和掃描碼對應表

4 鍵盤輸入模塊的軟件設計

系統(tǒng)的一些基本參數(shù)可以通過鍵盤來設置或改變，每按下一鍵，CPLD 掃描到鍵值后向 CPU 申請中斷。CPU 進入鍵盤管理中斷程序后，讀取、存儲鍵值并置接收到鍵值標志。主程序識別到標志，對接收到的鍵值進行處理。

參數(shù)設置格式是：A＊＊B＊＊…＊B。也就是說，按‘A’鍵進入設置狀態(tài)，‘＊＊’的組合表示設置項目，‘B’確認設置項目，‘＊＊…＊’所設置項目的數(shù)值，最后的‘B’是結束符，表示此次設置結束。設置步驟的軟件處理流程如圖 3：

圖 3 系統(tǒng)參數(shù)設置處理流程圖

5 結束語

用復雜可編程邏輯器件(CPLD)擴展的鍵盤接口經(jīng)過實用，效果較好，既提高了單片機的響應速度，又簡化了硬件電路。此外，CPLD 還可用于其它的接口設計，使其性能得到進一步體現(xiàn)。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的4x4矩阵键盘工作原理及扫描程序_基于复杂可编程逻辑器件实现键盘接口电路的设计...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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