基于CPLD的電器定時(shí)開(kāi)關(guān)控制系統設計

　　本系統設計使用6個(gè)數碼管顯示時(shí)間，3個(gè)發(fā)光二極管標志是否定時(shí)。電器開(kāi)啟信號經(jīng)三極管放大后接繼電器，通過(guò)繼電器吸合導通電源線(xiàn)，開(kāi)啟電器。

　　4軟件設計

　　Verilog HDL是硬件設計人員和QuartusⅡ界面之間的交互手段，其具體物理建模能力強，設計方便，可讀性好，語(yǔ)法類(lèi)似C語(yǔ)言，與VHDL相比，更容易學(xué)習和掌握，與原理圖設計法相比，設計和分析更容易，可避免考慮畫(huà)面的布局及美觀(guān)，修改也方便。本設計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，若確有鍵按下，CPLD采用低電平逐行掃描，待找到按鍵時(shí)，根據掃捕得到的數值，確定按鍵值。對于無(wú)效按鍵，設按鍵值為15。輸入信號kb的下降沿觸發(fā)對鍵值的讀取，可保證對于每一次按鍵，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)為設定時(shí)間、開(kāi)啟電器編號、電器開(kāi)啟時(shí)間、電器關(guān)閉時(shí)間4個(gè)功能鍵設置對應按鍵值。定義功能標志寄存器fun，并使用格雷碼標志各個(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，比目前常用的獨熱碼節省CPLD邏輯單元。由于本設計中寄存器fun只有5個(gè)狀態(tài)，選用3位格雷碼，并對編碼方式進(jìn)行改進(jìn)。根據上一步得到的按鍵值判斷具體要實(shí)現哪個(gè)功能，并依此設置fun的值，如下所示：

　　

　　4.3數字鍵的判斷和處理

　　先根據鍵值判斷是哪一個(gè)數字鍵，再根據功能標志寄存器fun判斷進(jìn)行哪項設置。若正在進(jìn)行的是時(shí)間設置，則將時(shí)間寄存器左移4位，將數字值存入低位；若為設定需要開(kāi)啟電器的編號狀態(tài)，則電器編號數組num對應位置1，并通過(guò)電阻使相應發(fā)光二極管點(diǎn)亮，否則為0；若為設定電器開(kāi)啟時(shí)間狀態(tài)，相應電器的開(kāi)啟時(shí)間寄存器timeon左移4位，將數字值存入低位；若為設定電器關(guān)閉時(shí)間狀態(tài)，相應電器的關(guān)閉時(shí)間寄存器timeoff左移4位，將數字值存人低位。若為無(wú)效按鍵，則不進(jìn)行任何操作。

　　4.4數字鐘的工作

　　本系統設計作為數字鐘和定時(shí)器，對計時(shí)準確性要求較高．由有源晶體振蕩器提供系統時(shí)鐘，可保證其穩定度。在頂層模塊中對系統時(shí)鐘分頻，得到1 Hz時(shí)鐘，作為數字鐘部分行波時(shí)鐘。這樣減少了片內各觸發(fā)器之間的時(shí)鐘偏移，事實(shí)證明，對設計時(shí)序無(wú)不良影響。 先將沒(méi)定的時(shí)間送人小時(shí)、分鐘對應的寄存器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)啟寄存器數組on對應位輸出高電平，開(kāi)啟對應電器；若與某個(gè)已定時(shí)的電器的關(guān)閉時(shí)間相同，則開(kāi)啟寄存器數組on對應位輸出低電平，關(guān)閉對應電器。

　　4.6顯示

　　對應不同的狀態(tài)，數碼管顯示不同值。時(shí)鐘設置狀態(tài)，顯示當前時(shí)間；開(kāi)啟電器編號設置狀態(tài)，顯示欲開(kāi)啟的電器編號；電器開(kāi)啟時(shí)間設置狀態(tài)，屁示電器應開(kāi)啟的時(shí)間；電器關(guān)閉時(shí)間設置狀態(tài)，顯示電器應關(guān)閉的時(shí)間。

　　具體實(shí)現時(shí)，由系統時(shí)鐘控制，分時(shí)點(diǎn)亮各個(gè)數碼管，可節約能源。由于時(shí)間很快，而人眼存在視覺(jué)暫留，看上去6個(gè)數碼管均同時(shí)顯示。在CPLD中編程實(shí)現數碼管的七段譯碼，可節省外同電路。

　　5 結語(yǔ)

　　本設備設定開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間為一天之內的任意時(shí)間，滿(mǎn)足一般使用要求，亦可作為數字時(shí)鐘使用。由晶體振蕩器提供時(shí)鐘，計時(shí)精準，使用常見(jiàn)器件設計，實(shí)現方便，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)提前設置，下班回家時(shí)電飯鍋已經(jīng)把飯做熟?？照{已經(jīng)開(kāi)啟，飲水機已經(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(chǎng)里需要定時(shí)開(kāi)關(guān)的設備，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。