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

　　

系統功能及操作

　　

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結構較復雜，并具有復雜的I/O單元互連結構，可由用戶根據需要生成特定的電路結構，完成一定的功能。由于CPLD內部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設計的邏輯電路具有時間可預測性，避免了分段式互連結構時序不完全預測的缺點。

　

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

　　

　　

硬件設計采用Altera公司的CPLDEPM7128SLC84-6，簡化了外圍電路，穩定性和可靠性高，成本低。220 V、50 Hz工頻電源經變壓器、電橋整流后通過三端穩壓器，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掃描方式進行識別。設置 14個按鍵，分別為0～9十個數字鍵和設定時間、開啟電器編號、電器開啟時間、電器關閉時間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。

本系統設計使用6個數碼管顯示時間，3個發光二極管標志是否定時。電器開啟信號經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。

　　

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

　　

　

對應不同的狀態，數碼管顯示不同值。時鐘設置狀態，顯示當前時間；開啟電器編號設置狀態，顯示欲開啟的電器編號；電器開啟時間設置狀態，屁示電器應開啟的時間；電器關閉時間設置狀態，顯示電器應關閉的時間。具體實現時，由系統時鐘控制，分時點亮各個數碼管，可節約能源。由于時間很快，而人眼存在視覺暫留，看上去6個數碼管均同時顯示。在CPLD中編程實現數碼管的七段譯碼，可節省外同電路。

　　

本設備設定開啟、關閉時間為一天之內的任意時間，滿足一般使用要求，亦可作為數字時鐘使用。由晶體振蕩器提供時鐘，計時精準，使用常見器件設計，實現方便，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，如通過提前設置，下班回家時電飯鍋已經把飯做熟。空調已經開啟，飲水機已經燒好開水，熱水器已經燒好洗澡水等。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的設備，以及一些手動操作開關不安全的地方，具有實用價值。