隨著當(dāng)今社會(huì)工作和生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)許多電器、儀器、設(shè)備的自動(dòng)化要求也越來(lái)越高，但現(xiàn)有的許多電器還不具備定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉功能，許多需要在固定時(shí)間開(kāi)關(guān)的裝置，還需人工值守和操作，因此設(shè)計(jì)帶有時(shí)鐘顯示功能的多個(gè)電器定時(shí)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，具有實(shí)際意義。

系統(tǒng)功能及操作

CPLD主要是由可編程邏輯宏單元(MC，Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并具有復(fù)雜的I/O單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶(hù)根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu)，完成一定的功能。由于CPLD內(nèi)部采用固定長(zhǎng)度的金屬線進(jìn)行各邏輯塊的互連，所以設(shè)計(jì)的邏輯電路具有時(shí)間可預(yù)測(cè)性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時(shí)序不完全預(yù)測(cè)的缺點(diǎn)。

系統(tǒng)上電時(shí)復(fù)位，時(shí)鐘顯示為0時(shí)0分0秒，按下“時(shí)間”設(shè)置鍵設(shè)定時(shí)間，數(shù)字鐘開(kāi)始工作，數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間;按下“開(kāi)啟電器編號(hào)”設(shè)置鍵，再按下要定時(shí)開(kāi)啟的電器編號(hào)，對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管亮，表示設(shè)置有效;按下“電器開(kāi)啟時(shí)間”設(shè)置按鍵;再依次輸入4位十進(jìn)制的小時(shí)和分鐘，作為開(kāi)啟時(shí)間;按下“電器關(guān)閉時(shí)間”設(shè)置按鍵，再依次輸入4位十進(jìn)制的小時(shí)和分鐘，作為關(guān)閉時(shí)間。至此定時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)置完成，對(duì)于電飯鍋等具有保持功能的電器，則不用設(shè)置定時(shí)關(guān)閉。使用 Verilog HDL編寫(xiě)CPLD程序，理論上可同時(shí)設(shè)置多個(gè)電器的定時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，本設(shè)計(jì)可同時(shí)設(shè)置3個(gè)電器。

硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)采用Altera公司的CPLDEPM7128SLC84-6，簡(jiǎn)化了外圍電路，穩(wěn)定性和可靠性高，成本低。220 V、50 Hz工頻電源經(jīng)變壓器、電橋整流后通過(guò)三端穩(wěn)壓器，提供工作電壓，其電源電路如圖1所示。

外接4×4鍵盤(pán)，使用較少的I/O端口線就可實(shí)現(xiàn)對(duì)較多按鍵的控制。當(dāng)有鍵按下時(shí)，kb為低電平，CPLD的按鍵掃描部分采用動(dòng)態(tài)掃描方式進(jìn)行識(shí)別。設(shè)置 14個(gè)按鍵，分別為0～9十個(gè)數(shù)字鍵和設(shè)定時(shí)間、開(kāi)啟電器編號(hào)、電器開(kāi)啟時(shí)間、電器關(guān)閉時(shí)間4個(gè)功能鍵，其余兩個(gè)留作功能擴(kuò)展。4×4鍵盤(pán)電路如圖2所示。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用6個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間，3個(gè)發(fā)光二極管標(biāo)志是否定時(shí)。電器開(kāi)啟信號(hào)經(jīng)三極管放大后接繼電器，通過(guò)繼電器吸合導(dǎo)通電源線，開(kāi)啟電器。

數(shù)字鍵的判斷和處理

先根據(jù)鍵值判斷是哪一個(gè)數(shù)字鍵，再根據(jù)功能標(biāo)志寄存器fun判斷進(jìn)行哪項(xiàng)設(shè)置。若正在進(jìn)行的是時(shí)間設(shè)置，則將時(shí)間寄存器左移4位，將數(shù)字值存入低位;若為設(shè)定需要開(kāi)啟電器的編號(hào)狀態(tài)，則電器編號(hào)數(shù)組num對(duì)應(yīng)位置“1”，并通過(guò)電阻使相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，否則為“0”;若為設(shè)定電器開(kāi)啟時(shí)間狀態(tài)，相應(yīng)電器的開(kāi)啟時(shí)間寄存器timeon左移4位，將數(shù)字值存入低位;若為設(shè)定電器關(guān)閉時(shí)間狀態(tài)，相應(yīng)電器的關(guān)閉時(shí)間寄存器timeoff左移4位，將數(shù)字值存人低位。若為無(wú)效按鍵，則不進(jìn)行任何操作。

顯示

對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)，數(shù)碼管顯示不同值。時(shí)鐘設(shè)置狀態(tài)，顯示當(dāng)前時(shí)間;開(kāi)啟電器編號(hào)設(shè)置狀態(tài)，顯示欲開(kāi)啟的電器編號(hào);電器開(kāi)啟時(shí)間設(shè)置狀態(tài)，屁示電器應(yīng)開(kāi)啟的時(shí)間;電器關(guān)閉時(shí)間設(shè)置狀態(tài)，顯示電器應(yīng)關(guān)閉的時(shí)間。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，由系統(tǒng)時(shí)鐘控制，分時(shí)點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管，可節(jié)約能源。由于時(shí)間很快，而人眼存在視覺(jué)暫留，看上去6個(gè)數(shù)碼管均同時(shí)顯示。在CPLD中編程實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的七段譯碼，可節(jié)省外同電路。

本設(shè)備設(shè)定開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間為一天之內(nèi)的任意時(shí)間，滿足一般使用要求，亦可作為數(shù)字時(shí)鐘使用。由晶體振蕩器提供時(shí)鐘，計(jì)時(shí)精準(zhǔn)，使用常見(jiàn)器件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)方便，成本低，耗電少，體積小，重量輕，工作可靠。可用于定時(shí)開(kāi)啟家用電器，如通過(guò)提前設(shè)置，下班回家時(shí)電飯鍋已經(jīng)把飯做熟。空調(diào)已經(jīng)開(kāi)啟，飲水機(jī)已經(jīng)燒好開(kāi)水，熱水器已經(jīng)燒好洗澡水等。也可用于辦公樓里上下班自動(dòng)響鈴裝置，工廠里需要定時(shí)開(kāi)關(guān)的設(shè)備，以及一些手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)不安全的地方，具有實(shí)用價(jià)值。