腳踏式自動翻樂譜器課程設計

1. 30秒倒計時器課程設計

【摘 要】籃球比賽30秒鍾規則規定：進攻球隊在場上控球時必須在30秒鍾內投籃出手(NBA比賽為24秒,全美大學體育聯合會比賽中為35秒)，因此在比賽時裁判既要看比賽又要看秒錶計時，而本文介紹的30秒倒計時器可以解決此問題。

【關鍵詞】AT89C51單片機、30秒倒計時器、LED

30秒倒計時器的設計和製作有很多方法，本文介紹的30秒倒計時器以AT89C51單片機作為控制單元，採用兩個數碼管顯示時間，用三個按鍵分別控制計時器的計時開始、復位和暫停。倒計時器初始狀態顯示「30」，當裁判員按下計時鍵，30秒倒計時開始，當計時器時間減到0時，計時器發出聲光報警，提示裁判計時時間已到。

一、電路設計

30秒倒計時器的電路主要由電源電路、單片機最小系統、按鍵輸入、顯示驅動電路、報警電路組成，30秒倒計時器控制電路如圖1所示。

圖1 30秒倒計時器電路原理圖

1、按鍵輸入

「30秒倒計時器」採用了三個按鍵來完成計數器的啟動計數、復位、暫停/繼續計數等功能。

（1）K1鍵：啟動按鈕（P3.2）。

按下K1鍵，計數器倒計時開始，數碼管顯示數字從30開始每秒遞減計數，當遞減到到零時，報警電路發出聲、光報警信號。當計數器處於暫停狀態時按下K1鍵將回到計時狀態。

（2）K2鍵：復位按鈕（P3.3）。

按下K2鍵，不管計數器工作於什麼狀態，計數器立即復位到預置值 「30」 ,在報警狀態時按下K2鍵還可取消報警。

（3）K3鍵：暫停/計時切換按鈕（P3.4）。

當計數器處於計時狀態時按下該鍵計數器暫停計時，數碼管顯示數字保持不變；當計數器處於暫停狀態按下該鍵計數器將回到計時狀態；初始狀態時該鍵無效。

2、顯示驅動電路

「30秒倒計時器」用兩個共陽數碼管來顯示時間，數碼管顯示方式為動態顯示。顯示驅動電路中，數碼管的段碼引腳通過470歐的電阻接到單片機的P1口，兩個片選引腳各通過一個9012連接到正5V電源，由P3.0和P3.1控制。

4、報警電路

計時時間減到0，顯示數碼管顯示「00」時，發光二極體D1由P3.5控制發出光報警，同時蜂鳴器由P3.7控制發出聲報警。

二、軟體編程思路

1、全局變數

「30秒倒計時器」動作流程主要受三個全局變數控制。首先是bit變數「act」，當「act」為「1」時倒計時開始，為「0」時倒計時停止，「act」初值為「0」，可以由按鈕操作將其置「1」或清「0」。第二個全局變數是char變數「time」，存放倒計時的時間，當倒計時時間為0時，發出聲光報警。變數「time」的初值為30，定時中斷服務程序在「act」為1時，每1s對其進行減1操作，減到0時保持為0，按下「復位鍵」可將「time」復位為30。第三個全局變數是int變數「t」，記錄響應定時中斷0的次數。根據初始化定義，定時器0以方式1工作，每1ms發出一次中斷請求。控製程序只開放了定時器0中斷，因此不會有比定時器0中斷更高級的中斷被允許，所以每次請求都會立刻被響應。響應後在中斷服務程序中將全局變數「t」加1記錄響應中斷次數，每響應1000次即為1秒鍾。變數「t」初值為0，在中斷服務程序中加1，當「t」為2000時由中斷服務程序清0。在按鍵驅動程序中，按下啟動鍵、復位鍵、暫停/啟動鍵時將「t」清0，目的是從0ms開始計時。

2、控制流程

主程序主要用來檢測全局變數「time」當「time」為0時發出「聲光報警」。按鍵驅動、顯示驅動和「time」操作都在定時器0中斷服務程序中進行。其控制流程如圖2所示。

圖2 控制流程圖

三、軟體程序設計

1、數碼管驅動程序

到計時器的兩個數碼管以動態顯示的方式顯示計時時間「time」（全局變數），LED1顯示「time」的十位，LED2顯示「time」的個位。

（1）定義段碼數據口和片選信號

根據實際電路，在C51中定義段碼的數據口為P1，兩個片選信號為P3.0和P3.1。定義如下：

#define an P1

sbit wei1=P3^0;

sbit wei2=P3^1;

（2）定義字形碼

LED顯示數字0~9以及全滅的字形碼表格放在數組zixing[]中。字形碼是固定的表格，定義時加上關鍵字「code」 表示該表格存放在程序存儲器中。

unsigned char code zixing[]=

{

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff

};

（3）定義數碼管LED1和LED2的顯示變數

為了增加驅動程序的可移植性，筆者為數碼管LED1和LED2定義了顯示變數。顯示變數就是本驅動程序的對外介面，外部程序只要改變顯示變數的值就可改變數碼管顯示的數值。定義方式如下：

unsigned char led_str[2]={10,10};

led_str[0]直接對應數碼管LED1, led_str[1]直接對應數碼管LED2。本項目中由專門的子程序將全局變數time計算拆分成led_str[0]和led_str[1]。

void js()

{

led_str[1]=time/10%10;

led_str[0]=time%10;

}

（4）數碼管驅動程序

數碼管驅動程序「void chushi(char i)」在定時中斷服務程序中被調用執行。根據初始化程序的定義，定時中斷服務程序每1ms被執行一次。定時中斷服務程序中運用全局變數「t」記錄進入該服務程序的次數，「t」計滿2000由定時中斷服務程序清零。

數碼管驅動程序的參數「char i」是用來確定當前點亮的是LED1還是LED2，當參數為「0」時點亮LED1，參數為「1」時點亮LED2。如果我們希望偶數次進入定時中斷服務程序時點亮LED1，奇數次進入定時中斷服務程序時點亮LED2，我們可以用程序調用語句「chushi(t%2)；」輕松實現。

進入數碼管驅動程序後首先調用子函數js()，計算當前的led_str[0]和led_str[1]。接下來將兩個數碼管全部熄滅以防止余暉的出現。最後點亮需要點亮的數碼管並送出字型碼。驅動程序代碼如下：

void chushi(char i)

{

js(); //計算顯示變數

an=0xff; //去余暉

wei1=i; wei2=!i; //確定片選

an=zixing[led_str[i]]; //送字型碼

}

2、按鍵驅動程序

按鍵驅動程序分為按鍵識別和按鍵功能執行兩部分。按鍵功能執行可在按鍵按下時或按鍵抬起後執行，文中將其設計在按鍵抬起後執行。

（1）定義按鍵I/O地址

根據實際電路，三個按鍵（啟動鍵、復位鍵、暫停/啟動鍵）分別接在P3口的P3.2，P3.3和P3.4三個引腳上。為了取鍵值方便還將P3口定義為「iokey」，程序中可作定義如下：

#define iokey P3

sbit key1=P3^2;

sbit key2=P3^3;

sbit key3=P3^4;

（2）按鍵驅動流程

按鍵識別的通用流程為：I/O口寫「1」→判斷有無鍵按下→延時去抖→確定鍵值→等待按鍵抬起→執行按鍵功能。按鍵驅動程序中定義了兩個靜態變數「ts」 和「kv」，分別用來延時去抖和存放鍵值。

（3）延時去抖

靜態變數「ts」用來延時去抖。按鍵驅動程序在定時中斷服務程序中每1ms被執行一遍，每檢測到有鍵按下「ts」加1，檢測到無鍵按下「ts」清0。按鍵連續按下20ms，則連續20次執行按鍵驅動程序時都檢測到有鍵按下，此時靜態變數「ts」累加到20，可確認按鍵按下有效。

為防止按鍵一直按著不放而使「ts」累加到溢出，確認有鍵按下後可使「ts」的值保持為20，或大於20的某一個值如21。

（4）取鍵值

確認有鍵按下後即可通過讀取按鍵的I/O口狀態來得到鍵值。為讀取P3.2、P3.3和P3.4引腳狀態，屏蔽P3口其他引腳的影響，可將讀取後的數值按位或上11100011B（0xE3）再送給靜態變數「kv」。

靜態變數「kv」存放按鍵的鍵值，無鍵按下或按鍵抬起後kv的值為0。按下啟動鍵key1時kv=11111011B（0xFB），按下復位鍵key2時kv=11110111B（0xF7），按下暫停/啟動鍵key3時kv=11101111B（0xEF）。

（5）執行按鍵功能

按鍵抬起後第一次執行按鍵驅動程序時，靜態變數「kv」任保持著按鍵按下時最後得到的鍵值，以該鍵值作為參數調用按鍵執行程序「actkey(kv)；」即可執行按鍵功能。調用後kv值立刻清0，確保按一次鍵執行一次按鍵功能。驅動程序代碼如下：

void key()

{

static unsigned char kv=0;

static unsigned char ts=0;

key1=1;key2=1;key3=1;

if(!(key1&key2&key3))

{

ts++;

if(ts>=20)ts=20; //有鍵按下

if(ts==20)

kv=iokey|0xe3; //取鍵值

}

else

{ //無鍵按下或按鍵已抬起

actkey(kv);

ts=0;

kv=0;

}

}

函數actkey(kv)用來根據鍵值「kv」執行相應操作。當「kv」等於0xFB時代表啟動鍵key1按下，函數actkey(kv)將全局變數act賦值為「1」。當「kv」等於0xF7時代表復位鍵key2按下，函數actkey(kv)將全局變數「time」復位為「30」。當「kv」等於0xEF時代表暫停/啟動鍵按下，函數actkey(kv)將全局變數act取反。每按一個按鈕都有將全局變數「t」清0的操作，目的是每當復位、或啟動計時時，進入定時中斷的次數都從0開始計算，否則會出現第1秒計時不準確的現象。程序代碼如下：

void actkey(unsigned char k)

{

switch(k)

{

case 0xfb:act=1;t=0;break;

case 0xf7:time=30;t=0; break;

case 0xef:act=~act;t=0; break;

}

}

四、結束語

本文在編程過程中以面向對象的編程思路封裝了兩個LED數碼管和三個獨立按鍵。當其驅動程序在定時中斷服務程序中被調用，編程者只要操作其介面：數組「led_str[2]」和函數「actkey(unsigned char k)」，無需直接對硬體進行編程即可改變功能，增強了軟體的通用性和可移植性。

2. 我想發明一種自動翻頁的機器，這樣彈吉他，彈鋼琴就不用騰出一個手停下來翻下一頁了

請看：
電子曲譜架
幾百年來，人們在演奏樂器時，單頁或裝訂成冊的紙質樂譜都是放置在由支架和擱板組成的傳統譜架上。演奏時，或由演奏者自己在演奏中快速翻譜，或由專人協助翻譜，這樣不僅造成演奏者分心，同時在一定程度上會影響著演奏的質量和舞台效果。另外，紙質的樂譜很容易損壞，需要經常更換，且存儲量有限，不便於管理和查找。
為此，上海音樂學院國際鋼琴藝術中心常務副主任、鋼琴系副主任周鏗教授經過數年的探索和研究，一種能取代紙質樂譜，實現樂譜的自動前後翻頁，以及擴大樂譜的存儲並能方便快速進行查找、管理的新型實用的「電子樂譜顯示裝置」終於研製成功，並通過了專利申請。繼而完成了一次音樂界百年來前所未有的創意革命。
在剛結束的上海第五屆國際鋼琴大師班上，「電子樂譜顯示裝置」得到鋼琴大師和學員們一致好評。美國鋼琴家鮑利斯·貝爾曼把它稱為「音樂海洋中的導航儀」，並預言前景不可估量。
「電子樂譜顯示裝置」包括支架和15英寸電子相框式的液晶顯示器，自帶USB2.0介面和網路介面，配有SD,MMC,CF,XD,MS通用數字卡的介面，液晶顯示器經視頻分配器無線連接到攜帶型手提電腦，支持PDF、JPEG和BMP的樂譜格式，1024x768解析度，能以連續或隨機模式顯示樂譜和圖片傳輸，實現聲譜合一。使用者並可用不同顏色標注音符，更有利於演奏和教學提示。該裝置同時裝有節拍器,以幫助演奏者掌握和控制樂曲演奏的速度。「電子樂譜顯示裝置」與國內音樂出版機構合作，能為使用者提供大量的線上樂譜下載。
該裝置有腳控、膝控、手控、遙控和按控等五種翻頁方式供使用者在不同的場合選擇使用。手控翻頁裝置放置在鋼琴上部觸手可及的地方，手控翻頁裝置為攜帶型手持遙控器，上有左右控制鍵，當按下不同的控制鍵時，它將觸發朝前或朝後的翻頁。腳控翻頁裝置，放置在鋼琴腳踏板附近。該腳控翻頁裝置為一攜帶型有線或無線遙控器，上有前後控制點，踏在前部將引發朝前的翻頁，踏在後部將引發朝後的翻頁。不僅如此，演奏者還可以通過無線計算機與數字電視間的通訊實現翻頁功能。該設計充分利用從計算機到電視通訊技術，通過計算機對位於可遙控位置攜帶型電視的控制顯示樂譜，同時將翻頁觸發鍵附加在電腦鍵盤上。
「電子樂譜顯示裝置」不僅適用於樂器愛好者，同時也為各類樂團和音樂教學提供了廣闊的使用空間。
這種從容不迫的翻頁裝置，既不會使演奏者分心、不影響演奏質量和效果，另外還能存儲大量的樂譜而且能夠進行分類管理和查找，並且因不浪費大量紙張而顯得非常環保，為拯救森林，造福人類提供無限的契機。

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