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基于CPLD設計的電器定時開關控制系統(tǒng)

作者: 時間:2011-02-28 來源:網(wǎng)絡 收藏
1前言
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(tǒng),具有實際意義。
2系統(tǒng)功能及操作
系統(tǒng)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(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'設置鍵,再按下要定時開啟的電器編號,對應發(fā)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C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。
3硬件設計
硬件設計采用Altera公司的C EPM7128SLC84-6,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。

基于CPLD設計的電器定時開關控制系統(tǒng)

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,C的按鍵掃描部分采用動態(tài)掃描方式進行識別。設置14個按鍵,分別為0~9十個數(shù)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。

基于CPLD設計的電器定時開關控制系統(tǒng)


本系統(tǒng)設計使用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。
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,語法類似C語言,與VHDL相比,更容易學習和掌握,與原理圖設計法相比,設計和分析更容易,可避免考慮畫面的布局及美觀,修改也方便。本設計部分完全使用Verilog HDL編寫。
4.1按鍵掃描及鍵值讀取
檢測到kb下降沿時,表示有鍵按下時,為防止按鍵抖動,延時一段時間再檢測,若確有鍵按下,采用低電平逐行掃描,待找到按鍵時,根據(jù)掃捕得到的數(shù)值,確定按鍵值。對于無效按鍵,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:

基于CPLD設計的電器定時開關控制系統(tǒng)
基于CPLD設計的電器定時開關控制系統(tǒng)
4.2功能鍵的判斷
程序初始化時為設定時間、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功能,相鄰兩個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(jié)省CPLD邏輯單元。由于本設計中寄存器fun只有5個狀態(tài),選用3位格雷碼,并對編碼方式進行改進。根據(jù)上一步得到的按鍵值判斷具體要實現(xiàn)哪個功能,并依此設置fun的值,如下所示:
基于CPLD設計的電器定時開關控制系統(tǒng)
4.3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(shù)字值存入低位;若為設定需要開啟電器的編號狀態(tài),則電器編號數(shù)組num對應位置'1',并通過電阻使相應發(fā)光二極管點亮,否則為'0';若為設定電器開啟時間狀態(tài),相應電器的開啟時間寄存器timeon左移4位,將數(shù)字值存入低位;若為設定電器關閉時間狀態(tài),相應電器的關閉時間寄存器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。
4.4數(shù)字鐘的工作
本系統(tǒng)設計作為數(shù)字鐘和定時器,對計時準確性要求較高.由有源晶體振蕩器提供系統(tǒng)時鐘,可保證其穩(wěn)定度。在頂層模塊中對系統(tǒng)時鐘分頻,得到1 Hz時鐘,作為數(shù)字鐘部分行波時鐘。這樣減少了片內各觸發(fā)器之間的時鐘偏移,事實證明,對設計時序無不良影響。 先將沒定的時間送人小時、分鐘對應的寄存器hour和min,為了顯示和用戶操作方便,用6位二進制寄存器,以8421BCD碼表示時間。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判斷電器的開啟和關閉
若當前時間與某個已定時的電器的開啟時間相同,則開啟寄存器數(shù)組on對應位輸出高電平,開啟對應電器;若與某個已定時的電器的關閉時間相同,則開啟寄存器數(shù)組on對應位輸出低電平,關閉對應電器。
4.6顯示
對應不同的狀態(tài),數(shù)碼管顯示不同值。時鐘設置狀態(tài),顯示當前時間;開啟電器編號設置狀態(tài),顯示欲開啟的電器編號;電器開啟時間設置狀態(tài),屁示電器應開啟的時間;電器關閉時間設置狀態(tài),顯示電器應關閉的時間。
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。
5 結語
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(shù)字時鐘使用。由晶體振蕩器提供時鐘,計時精準,使用常見器件設計,實現(xiàn)方便,成本低,耗電少,體積小,重量輕,工作可靠??捎糜诙〞r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??照{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。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)


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