脚踏式自动翻乐谱器课程设计

1. 30秒倒计时器课程设计

【摘 要】篮球比赛30秒钟规则规定：进攻球队在场上控球时必须在30秒钟内投篮出手(NBA比赛为24秒,全美大学体育联合会比赛中为35秒)，因此在比赛时裁判既要看比赛又要看秒表计时，而本文介绍的30秒倒计时器可以解决此问题。

【关键词】AT89C51单片机、30秒倒计时器、LED

30秒倒计时器的设计和制作有很多方法，本文介绍的30秒倒计时器以AT89C51单片机作为控制单元，采用两个数码管显示时间，用三个按键分别控制计时器的计时开始、复位和暂停。倒计时器初始状态显示“30”，当裁判员按下计时键，30秒倒计时开始，当计时器时间减到0时，计时器发出声光报警，提示裁判计时时间已到。

一、电路设计

30秒倒计时器的电路主要由电源电路、单片机最小系统、按键输入、显示驱动电路、报警电路组成，30秒倒计时器控制电路如图1所示。

图1 30秒倒计时器电路原理图

1、按键输入

“30秒倒计时器”采用了三个按键来完成计数器的启动计数、复位、暂停/继续计数等功能。

（1）K1键：启动按钮（P3.2）。

按下K1键，计数器倒计时开始，数码管显示数字从30开始每秒递减计数，当递减到到零时，报警电路发出声、光报警信号。当计数器处于暂停状态时按下K1键将回到计时状态。

（2）K2键：复位按钮（P3.3）。

按下K2键，不管计数器工作于什么状态，计数器立即复位到预置值 “30” ,在报警状态时按下K2键还可取消报警。

（3）K3键：暂停/计时切换按钮（P3.4）。

当计数器处于计时状态时按下该键计数器暂停计时，数码管显示数字保持不变；当计数器处于暂停状态按下该键计数器将回到计时状态；初始状态时该键无效。

2、显示驱动电路

“30秒倒计时器”用两个共阳数码管来显示时间，数码管显示方式为动态显示。显示驱动电路中，数码管的段码引脚通过470欧的电阻接到单片机的P1口，两个片选引脚各通过一个9012连接到正5V电源，由P3.0和P3.1控制。

4、报警电路

计时时间减到0，显示数码管显示“00”时，发光二极管D1由P3.5控制发出光报警，同时蜂鸣器由P3.7控制发出声报警。

二、软件编程思路

1、全局变量

“30秒倒计时器”动作流程主要受三个全局变量控制。首先是bit变量“act”，当“act”为“1”时倒计时开始，为“0”时倒计时停止，“act”初值为“0”，可以由按钮操作将其置“1”或清“0”。第二个全局变量是char变量“time”，存放倒计时的时间，当倒计时时间为0时，发出声光报警。变量“time”的初值为30，定时中断服务程序在“act”为1时，每1s对其进行减1操作，减到0时保持为0，按下“复位键”可将“time”复位为30。第三个全局变量是int变量“t”，记录响应定时中断0的次数。根据初始化定义，定时器0以方式1工作，每1ms发出一次中断请求。控制程序只开放了定时器0中断，因此不会有比定时器0中断更高级的中断被允许，所以每次请求都会立刻被响应。响应后在中断服务程序中将全局变量“t”加1记录响应中断次数，每响应1000次即为1秒钟。变量“t”初值为0，在中断服务程序中加1，当“t”为2000时由中断服务程序清0。在按键驱动程序中，按下启动键、复位键、暂停/启动键时将“t”清0，目的是从0ms开始计时。

2、控制流程

主程序主要用来检测全局变量“time”当“time”为0时发出“声光报警”。按键驱动、显示驱动和“time”操作都在定时器0中断服务程序中进行。其控制流程如图2所示。

图2 控制流程图

三、软件程序设计

1、数码管驱动程序

到计时器的两个数码管以动态显示的方式显示计时时间“time”（全局变量），LED1显示“time”的十位，LED2显示“time”的个位。

（1）定义段码数据口和片选信号

根据实际电路，在C51中定义段码的数据口为P1，两个片选信号为P3.0和P3.1。定义如下：

#define an P1

sbit wei1=P3^0;

sbit wei2=P3^1;

（2）定义字形码

LED显示数字0~9以及全灭的字形码表格放在数组zixing[]中。字形码是固定的表格，定义时加上关键字“code” 表示该表格存放在程序存储器中。

unsigned char code zixing[]=

{

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

};

（3）定义数码管LED1和LED2的显示变量

为了增加驱动程序的可移植性，笔者为数码管LED1和LED2定义了显示变量。显示变量就是本驱动程序的对外接口，外部程序只要改变显示变量的值就可改变数码管显示的数值。定义方式如下：

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

led_str[0]直接对应数码管LED1, led_str[1]直接对应数码管LED2。本项目中由专门的子程序将全局变量time计算拆分成led_str[0]和led_str[1]。

void js()

{

led_str[1]=time/10%10;

led_str[0]=time%10;

}

（4）数码管驱动程序

数码管驱动程序“void chushi(char i)”在定时中断服务程序中被调用执行。根据初始化程序的定义，定时中断服务程序每1ms被执行一次。定时中断服务程序中运用全局变量“t”记录进入该服务程序的次数，“t”计满2000由定时中断服务程序清零。

数码管驱动程序的参数“char i”是用来确定当前点亮的是LED1还是LED2，当参数为“0”时点亮LED1，参数为“1”时点亮LED2。如果我们希望偶数次进入定时中断服务程序时点亮LED1，奇数次进入定时中断服务程序时点亮LED2，我们可以用程序调用语句“chushi(t%2)；”轻松实现。

进入数码管驱动程序后首先调用子函数js()，计算当前的led_str[0]和led_str[1]。接下来将两个数码管全部熄灭以防止余晖的出现。最后点亮需要点亮的数码管并送出字型码。驱动程序代码如下：

void chushi(char i)

{

js(); //计算显示变量

an=0xff; //去余晖

wei1=i; wei2=!i; //确定片选

an=zixing[led_str[i]]; //送字型码

}

2、按键驱动程序

按键驱动程序分为按键识别和按键功能执行两部分。按键功能执行可在按键按下时或按键抬起后执行，文中将其设计在按键抬起后执行。

（1）定义按键I/O地址

根据实际电路，三个按键（启动键、复位键、暂停/启动键）分别接在P3口的P3.2，P3.3和P3.4三个引脚上。为了取键值方便还将P3口定义为“iokey”，程序中可作定义如下：

#define iokey P3

sbit key1=P3^2;

sbit key2=P3^3;

sbit key3=P3^4;

（2）按键驱动流程

按键识别的通用流程为：I/O口写“1”→判断有无键按下→延时去抖→确定键值→等待按键抬起→执行按键功能。按键驱动程序中定义了两个静态变量“ts” 和“kv”，分别用来延时去抖和存放键值。

（3）延时去抖

静态变量“ts”用来延时去抖。按键驱动程序在定时中断服务程序中每1ms被执行一遍，每检测到有键按下“ts”加1，检测到无键按下“ts”清0。按键连续按下20ms，则连续20次执行按键驱动程序时都检测到有键按下，此时静态变量“ts”累加到20，可确认按键按下有效。

为防止按键一直按着不放而使“ts”累加到溢出，确认有键按下后可使“ts”的值保持为20，或大于20的某一个值如21。

（4）取键值

确认有键按下后即可通过读取按键的I/O口状态来得到键值。为读取P3.2、P3.3和P3.4引脚状态，屏蔽P3口其他引脚的影响，可将读取后的数值按位或上11100011B（0xE3）再送给静态变量“kv”。

静态变量“kv”存放按键的键值，无键按下或按键抬起后kv的值为0。按下启动键key1时kv=11111011B（0xFB），按下复位键key2时kv=11110111B（0xF7），按下暂停/启动键key3时kv=11101111B（0xEF）。

（5）执行按键功能

按键抬起后第一次执行按键驱动程序时，静态变量“kv”任保持着按键按下时最后得到的键值，以该键值作为参数调用按键执行程序“actkey(kv)；”即可执行按键功能。调用后kv值立刻清0，确保按一次键执行一次按键功能。驱动程序代码如下：

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; //有键按下

if(ts==20)

kv=iokey|0xe3; //取键值

}

else

{ //无键按下或按键已抬起

actkey(kv);

ts=0;

kv=0;

}

}

函数actkey(kv)用来根据键值“kv”执行相应操作。当“kv”等于0xFB时代表启动键key1按下，函数actkey(kv)将全局变量act赋值为“1”。当“kv”等于0xF7时代表复位键key2按下，函数actkey(kv)将全局变量“time”复位为“30”。当“kv”等于0xEF时代表暂停/启动键按下，函数actkey(kv)将全局变量act取反。每按一个按钮都有将全局变量“t”清0的操作，目的是每当复位、或启动计时时，进入定时中断的次数都从0开始计算，否则会出现第1秒计时不准确的现象。程序代码如下：

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、结束语

本文在编程过程中以面向对象的编程思路封装了两个LED数码管和三个独立按键。当其驱动程序在定时中断服务程序中被调用，编程者只要操作其接口：数组“led_str[2]”和函数“actkey(unsigned char k)”，无需直接对硬件进行编程即可改变功能，增强了软件的通用性和可移植性。

2. 我想发明一种自动翻页的机器，这样弹吉他，弹钢琴就不用腾出一个手停下来翻下一页了

请看：
电子曲谱架
几百年来，人们在演奏乐器时，单页或装订成册的纸质乐谱都是放置在由支架和搁板组成的传统谱架上。演奏时，或由演奏者自己在演奏中快速翻谱，或由专人协助翻谱，这样不仅造成演奏者分心，同时在一定程度上会影响着演奏的质量和舞台效果。另外，纸质的乐谱很容易损坏，需要经常更换，且存储量有限，不便于管理和查找。
为此，上海音乐学院国际钢琴艺术中心常务副主任、钢琴系副主任周铿教授经过数年的探索和研究，一种能取代纸质乐谱，实现乐谱的自动前后翻页，以及扩大乐谱的存储并能方便快速进行查找、管理的新型实用的“电子乐谱显示装置”终于研制成功，并通过了专利申请。继而完成了一次音乐界百年来前所未有的创意革命。
在刚结束的上海第五届国际钢琴大师班上，“电子乐谱显示装置”得到钢琴大师和学员们一致好评。美国钢琴家鲍利斯·贝尔曼把它称为“音乐海洋中的导航仪”，并预言前景不可估量。
“电子乐谱显示装置”包括支架和15英寸电子相框式的液晶显示器，自带USB2.0接口和网络接口，配有SD,MMC,CF,XD,MS通用数字卡的接口，液晶显示器经视频分配器无线连接到便携式手提电脑，支持PDF、JPEG和BMP的乐谱格式，1024x768分辨率，能以连续或随机模式显示乐谱和图片传输，实现声谱合一。使用者并可用不同颜色标注音符，更有利于演奏和教学提示。该装置同时装有节拍器,以帮助演奏者掌握和控制乐曲演奏的速度。“电子乐谱显示装置”与国内音乐出版机构合作，能为使用者提供大量的线上乐谱下载。
该装置有脚控、膝控、手控、遥控和按控等五种翻页方式供使用者在不同的场合选择使用。手控翻页装置放置在钢琴上部触手可及的地方，手控翻页装置为便携式手持遥控器，上有左右控制键，当按下不同的控制键时，它将触发朝前或朝后的翻页。脚控翻页装置，放置在钢琴脚踏板附近。该脚控翻页装置为一便携式有线或无线遥控器，上有前后控制点，踏在前部将引发朝前的翻页，踏在后部将引发朝后的翻页。不仅如此，演奏者还可以通过无线计算机与数字电视间的通讯实现翻页功能。该设计充分利用从计算机到电视通讯技术，通过计算机对位于可遥控位置便携式电视的控制显示乐谱，同时将翻页触发键附加在电脑键盘上。
“电子乐谱显示装置”不仅适用于乐器爱好者，同时也为各类乐团和音乐教学提供了广阔的使用空间。
这种从容不迫的翻页装置，既不会使演奏者分心、不影响演奏质量和效果，另外还能存储大量的乐谱而且能够进行分类管理和查找，并且因不浪费大量纸张而显得非常环保，为拯救森林，造福人类提供无限的契机。

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