隨著當今社會工作和生活節(jié)奏的加快，人們對許多電器、儀器、設(shè)備的自動化要求也越來越高，但現(xiàn)有的許多電器還不具備定時開啟和關(guān)閉功能，許多需要在固定時間開關(guān)的裝置，還需人工值守和操作，因此設(shè)計帶有時鐘顯示功能的多個電器定時開關(guān)控制系統(tǒng)，具有實際意義。

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)較復雜，并具有復雜的I/O單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶根據(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)部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設(shè)計的邏輯電路具有時間可預測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預測的缺點。

系統(tǒng)上電時復位，時鐘顯示為0時0分0秒，按下“時間”設(shè)置鍵設(shè)定時間，數(shù)字鐘開始工作，數(shù)碼管顯示當前時間;按下“開啟電器編號”設(shè)置鍵，再按下要定時開啟的電器編號，對應(yīng)發(fā)光二極管亮，表示設(shè)置有效;按下“電器開啟時間”設(shè)置按鍵;再依次輸入4位十進制的小時和分鐘，作為開啟時間;按下“電器關(guān)閉時間”設(shè)置按鍵，再依次輸入4位十進制的小時和分鐘，作為關(guān)閉時間。至此定時開關(guān)設(shè)置完成，對于電飯鍋等具有保持功能的電器，則不用設(shè)置定時關(guān)閉。使用 Verilog HDL編寫CPLD程序，理論上可同時設(shè)置多個電器的定時自動開啟，本設(shè)計可同時設(shè)置3個電器。

硬件設(shè)計

硬件設(shè)計采用Altera公司的CPLDEPM7128SLC84-6，簡化了外圍電路，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，使用較少的I/O端口線就可實現(xiàn)對較多按鍵的控制。當有鍵按下時，kb為低電平，CPLD的按鍵掃描部分采用動態(tài)掃描方式進行識別。設(shè)置 14個按鍵，分別為0～9十個數(shù)字鍵和設(shè)定時間、開啟電器編號、電器開啟時間、電器關(guān)閉時間4個功能鍵，其余兩個留作功能擴展。4×4鍵盤電路如圖2所示。

本系統(tǒng)設(shè)計使用6個數(shù)碼管顯示時間，3個發(fā)光二極管標志是否定時。電器開啟信號經(jīng)三極管放大后接繼電器，通過繼電器吸合導通電源線，開啟電器。

數(shù)字鍵的判斷和處理

先根據(jù)鍵值判斷是哪一個數(shù)字鍵，再根據(jù)功能標志寄存器fun判斷進行哪項設(shè)置。若正在進行的是時間設(shè)置，則將時間寄存器左移4位，將數(shù)字值存入低位;若為設(shè)定需要開啟電器的編號狀態(tài)，則電器編號數(shù)組num對應(yīng)位置“1”，并通過電阻使相應(yīng)發(fā)光二極管點亮，否則為“0”;若為設(shè)定電器開啟時間狀態(tài)，相應(yīng)電器的開啟時間寄存器timeon左移4位，將數(shù)字值存入低位;若為設(shè)定電器關(guān)閉時間狀態(tài)，相應(yīng)電器的關(guān)閉時間寄存器timeoff左移4位，將數(shù)字值存人低位。若為無效按鍵，則不進行任何操作。

顯示

對應(yīng)不同的狀態(tài)，數(shù)碼管顯示不同值。時鐘設(shè)置狀態(tài)，顯示當前時間;開啟電器編號設(shè)置狀態(tài)，顯示欲開啟的電器編號;電器開啟時間設(shè)置狀態(tài)，屁示電器應(yīng)開啟的時間;電器關(guān)閉時間設(shè)置狀態(tài)，顯示電器應(yīng)關(guān)閉的時間。具體實現(xiàn)時，由系統(tǒng)時鐘控制，分時點亮各個數(shù)碼管，可節(jié)約能源。由于時間很快，而人眼存在視覺暫留，看上去6個數(shù)碼管均同時顯示。在CPLD中編程實現(xiàn)數(shù)碼管的七段譯碼，可節(jié)省外同電路。

本設(shè)備設(shè)定開啟、關(guān)閉時間為一天之內(nèi)的任意時間，滿足一般使用要求，亦可作為數(shù)字時鐘使用。由晶體振蕩器提供時鐘，計時精準，使用常見器件設(shè)計，實現(xiàn)方便，成本低，耗電少，體積小，重量輕，工作可靠。可用于定時開啟家用電器，如通過提前設(shè)置，下班回家時電飯鍋已經(jīng)把飯做熟。空調(diào)已經(jīng)開啟，飲水機已經(jīng)燒好開水，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響鈴裝置，工廠里需要定時開關(guān)的設(shè)備，以及一些手動操作開關(guān)不安全的地方，具有實用價值。