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" title="電器">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)" title="開(kāi)關(guān)">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" title="控制">控制系統(tǒng)，具有實(shí)際意義,。

　　2系統(tǒng)功能及操作

　　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" title="CPLD">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,。

　　3硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)采用Altera公司的CPLD EPM7128SLC84-6，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。

　　4軟件設(shè)計(jì)

　　Verilog HDL是硬件設(shè)計(jì)人員和QuartusⅡ界面之間的交互手段,，其具體物理建模能力強(qiáng),，設(shè)計(jì)方便，可讀性好,，語(yǔ)法類(lèi)似C語(yǔ)言,，與VHDL相比，更容易學(xué)習(xí)和掌握,，與原理圖設(shè)計(jì)法相比,，設(shè)計(jì)和分析更容易，可避免考慮畫(huà)面的布局及美觀,，修改也方便,。本設(shè)計(jì)CPLD部分完全使用Verilog HDL編寫(xiě)。

　　4.1按鍵掃描及鍵值讀取

　　CPLD檢測(cè)到kb下降沿時(shí),，表示有鍵按下時(shí),，為防止按鍵抖動(dòng)，延時(shí)一段時(shí)間再檢測(cè),，若確有鍵按下,，CPLD采用低電平逐行掃描，待找到按鍵時(shí)，根據(jù)掃捕得到的數(shù)值,，確定按鍵值,。對(duì)于無(wú)效按鍵，設(shè)按鍵值為"15",。輸入信號(hào)kb的下降沿觸發(fā)對(duì)鍵值的讀取,，可保證對(duì)于每一次按鍵，僅作一次處理,。主要程序如下：

　　

　　4.2功能鍵的判斷

　　程序初始化時(shí)為設(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)功能鍵設(shè)置對(duì)應(yīng)按鍵值,。定義功能標(biāo)志寄存器fun，并使用格雷碼標(biāo)志各個(gè)功能,，相鄰兩個(gè)功能的編碼僅有一位不同,，可避免狀態(tài)跳變，比目前常用的獨(dú)熱碼節(jié)省CPLD邏輯單元,。由于本設(shè)計(jì)中寄存器fun只有5個(gè)狀態(tài),，選用3位格雷碼，并對(duì)編碼方式進(jìn)行改進(jìn),。根據(jù)上一步得到的按鍵值判斷具體要實(shí)現(xiàn)哪個(gè)功能,，并依此設(shè)置fun的值，如下所示：

　　

　　4.3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。

　　4.4數(shù)字鐘的工作

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為數(shù)字鐘和定時(shí)器，對(duì)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性要求較高．由有源晶體振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘,，可保證其穩(wěn)定度,。在頂層模塊中對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，得到1 Hz時(shí)鐘,，作為數(shù)字鐘部分行波時(shí)鐘,。這樣減少了片內(nèi)各觸發(fā)器之間的時(shí)鐘偏移，事實(shí)證明,，對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)序無(wú)不良影響,。先將沒(méi)定的時(shí)間送人小時(shí)、分鐘對(duì)應(yīng)的寄存器hour和min,，為了顯示和用戶(hù)操作方便,，用6位二進(jìn)制寄存器，以8421BCD碼表示時(shí)間,。如果秒為8'h59則秒寄存器sec清零,，分鐘值加1，若秒值末位為"9",，則秒值末位清零,，秒值十位加1。

　　4.5判斷電器的開(kāi)啟和關(guān)閉

　　若當(dāng)前時(shí)間與某個(gè)已定時(shí)的電器的開(kāi)啟時(shí)間相同,，則開(kāi)啟寄存器數(shù)組on對(duì)應(yīng)位輸出高電平,，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)電器；若與某個(gè)已定時(shí)的電器的關(guān)閉時(shí)間相同,，則開(kāi)啟寄存器數(shù)組on對(duì)應(yīng)位輸出低電平,，關(guān)閉對(duì)應(yīng)電器。

　　4.6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。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　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(mǎn)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,?？捎糜诙〞r(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,。