电子琴软件设计Word下载.docx

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用户每按一琴键弹凑相应音符；

演凑：

按下某键后自动弹凑预存琴谱功能；

还可以附加变调、变速和记录创作等其它功能。

3．界面要美观。

3．撰写符合学校要求的课程设计说明书，内容包括：

摘要、目录、正文、参考文献、附录（程序清单）。

正文部分包括：

设计任务及要求、方案比较及论证、软件设计说明（软件思想，流程，源程序设计及说明等）、程序调试说明和结果分析、课程设计收获及心得体会。

时间安排：

1.12月26日----12月27日查阅资料及方案设计

2.12月27日----12月30日编程

3.12月31日----1月1日调试程序

4.1月2日----1月3日撰写课程设计报告

5.1月4日上午准备答辩，下午正式答辩

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

摘要

本文主要介绍了现代微机原理与接口技术的应用——电子琴系统的设计与实现过程的设计。

电子琴是我们日常生活接触的比较多的电子器件，因此掌握他的基本原理对于我们专业技术的学习有很好的提升作用。

系统主要采用可编程的8255A和8253A芯片为主设计的电子琴。

设计重点在于产生特定频率的脉冲从而驱动蜂鸣器发出相应的声音。

本次设计输入部分是由8255A和8个常开型开关完成，发音部分由CUP通过对定时器8253的通道2进行编程，使其I/O寄存器接收一个控制声音频率的16位计数值端口61H的最低位控制通道2门控的开断，以产生特殊的音响。

本文用到的是8253的方式3——方波发生器。

在编写汇编程序时，应用了宏定义可以避免过于频繁的调用中断显示字符串，通过子程序调用，可以有效的解决了跳转和转移过多的问题，再加上合理的DOS和BIOS功能调用以及各种指令的综合，最终作出了漂亮的电子琴界面，并实现了电子琴演奏高、中、低音以及播放预存乐曲的功能。

关键词：

电子琴82558253定时器DOS功能调用宏定义

1课程设计任务

使用汇编语言设计一个能够用键盘运行的电子琴，（实现一个以上功能）：

（1）弹奏：

用户每按一个键盘琴键就弹奏相应的音符；

（2）演奏：

按下键盘上某一个指定的建后自动弹奏预存琴谱功能；

（3附加变调的功能

（4）界面要美观

2方案比较及论证

2.1方案的与比较

方案一、利用可编程定时/计数器接口芯片8253和可编程并行接口芯片8255A控制产生我们所需的频率。

8253可编程定时/计数器是Inter公司生产的通用外围芯片之一。

它有3个独立的十六位计数器，计数频率范围为0-8MHz。

它所有的计数方式和操作方式都通过编程控制。

系统中，8253的0通道输出线与8259的0中断请求线，作为实时钟中断信号。

1通道入口接1.8432MHz的信号源，输出接8251的收发时钟端，供串行通迅使用，这里的1计数器仅当作一个分频器使用。

2通道以排针形式引出，开放给用户使用。

因此我们可以使用8253的2计数器产生相应的频率脉冲信号，连接到蜂鸣器电路。

8255芯片连接按键，编写相应的按键查询程序，当查询到不同按键按下时，进入相应的子程序，控制计数器8253发出不同频率段的脉冲信号输出给蜂鸣器，从而产生相应的音符。

方案二、使用可编程并行接口芯片8255A为主体电路获得相应音频信号。

通过实验计算得计算机系统的程序执行时间长度，编写一定时长的延时函数。

便可在特定时长内改变8255某个输出口的电平状态，从而获得相应频率值的脉冲信号。

将并行接口芯片8255的B端口连接上按键，编写按键查询函数设定相应按键功能，当查询到按键时便可执行相应的发声程序，即弹奏相应音符。

2.2方案的确定论证

方案一需要使用8253和8255两款主体芯片，而方案二只需要一个8255就可以实现所有的电子琴功能，电路连接简单。

方案一由于使用计数器8253作为脉冲产生电路，其产生频率稳定，而且编写8253的程序也较为简单。

使用8255产生一定频率脉冲，需要我们精确计数软件执行时间，并编写相应的延时程序，从而得到我们所需要的频率脉冲输出。

编写程序较为复杂。

考虑到我们本次课程设计目的就是让我们加深对微机原理技术理解，并以此提高我们的编写汇编语言的能力，故本次设计采用方案一，即利用8255和8253两款主体芯片设计电子琴。

3硬件设计及说明

3.1系统总体硬件连接图

根据8255A芯片和8253A定时器的功能，我们所得的硬件连接图如下所示：

图3—1系统硬件连接图

我们将使用8255A芯片的A口与B口。

8255A芯片B端口定义为输出端口，产生我们所需要的音频脉冲输出。

在试验箱上电但未运行程序的情况下，8255A为未定义的状态。

实验得到若将PA0端口连接在扬声器电路输入端，扬声器连续发出声响。

说明此时，8255A芯片的初始态被蜂鸣器电路认为为高电平

定时器通道2工作在方式3，定时器输出一系列“1”和“0”间隔均匀的方波信号，经功率放大和滤波后驱动扬声器。

送到扬声器的信号还受到了从并行接口芯片8255B端口（端口地址为61H）B端口的最低位

控制通道2的门控开断以产生特殊的音频信号，它的

口与定时器的输出信号同时作为与门的输入端，输出端通过驱动发送至扬声器，由原理图可知，只有8255的B端口最低的两位同时为1时，扬声器才能发出声音，指令的反复执行可以控制音乐的时间。

8255A芯片A端口定义为输入端。

该端口连接8个按键，按键的一端连接在地上，另一端通过5.1KΩ电阻后连接在+5V电源上，并用插针引出，那么初始状态

按键输出为高电平，当按键按下后变为低电平。

3.2PC机接口电路工作原理

PC机扬声器电路以及相关接口电路如图2-1

图3-2PC机扬声器电路以及相关接口电路

电子琴的工作可以分为两部分

输入部分：

由8255芯片和8个常开型开关

发音部分：

定时器通道2工作在方式3，定时器输出一系列间隔均匀的方波信号，经功率放大和滤波后驱动扬声器。

3.3使用芯片介绍

3.3.18255的介绍

按功能可把8255分为三个逻辑电路部分即口电路、总线接口电路和控制逻辑电

路。

8255共有三个8位口.其中A口和B口是单纯的数据口.供数据I/O使用。

而C口则既可以作数据口.又可以作控制口使用.用于实现A口和B口的控制功能。

在使用8255A前，可用软件来定义端口的工作方式，选择所需要的功能。

掌握8255A编程是正确使用该芯片的前提，为此须先了解8255A的控制命令。

（1）8255A的方式控制字

这是一个8位的控制字，代表的信息非常丰富，上面提到8255A内部的3个端口位A、B两组，因此方式控制字也就相应地分成两个部分，分别控制A组和B组，其格式如下：

图3-38255A方式控制字

（2）系统中的8255芯片

8255的数据线片选信号线、地址线、读写控制线等分别与系统总线相连，其A、B、C三个端口以排针形式引出，供8255实验使用，其线路如图2所示，

图3-4系统中8255A连线图

本次课程设计实验室中使用的TDN86-88微机实验箱系统中的8255A芯片各个端口地址如表7所示。

表3-1系统中8255端口地址

信号线

寄存器

编址

I0Y3

A口

60H

B口

61H

C口

62H

控制寄存器

63H

3.3.28253的介绍

8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。

每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。

每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。

每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。

（1）8253控制字

8253芯片是常用的可编程计数器.在微机中有着极其重要的作用。

常用于事件计数器、单稳态触发器、分频器、方波发生器、硬件触发的单脉冲发生器等。

计数器/定时器8253包括3个独立的16位计数器通道，而每个计数器都有6种工作方式，可以按二进制或十进制（BCD码）进行计数。

本文用到的是8253的方式3——方波发生器来实现了简易电子琴的设计。

图3—58253A控制字

（2）8253A工作方式3—方波发生器

　任一通道工作在方式3，只在计数值n为偶数，则可输出重复周期为n、占空比为1：

1的方波。

　　进入工作方式3，OUTi输出低电平，装入计数值后，OUTi立即跳变为高电平。

如果当GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，OUTi保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUTi跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才自动重新置入计数值n，实现循环计数。

这时OUTi端输出的周期为n×

CLKi周期，占空比为1:

1的方波序列；

若n为奇数，则OUTi端输出周期为n×

CLKi周期，占空比为（（n+1）/2）/（（n-1）/2）的近似方波序列。

　　如果在操作过程中，GATE变为无效，则暂停减“1”计数过程，直到GATE再次有效，重新从初值n开始减“l”计数。

　　如果要求改变输出方波的速率，则CPU可在任何时候重新装入新的计数初值n，并从下一个计数操作周期开始改变输出方波的速率。

4软件设计及说明

4.1程序流程图

程序流程图如下图所示：

图4-1程序流程图

4.2DOS功能介绍及其调用

系统功能调用是MS—DOS为程序员编写汇编语言源程序提供的一组子程序，包括设备管理、文件管理和目录管理等。

　　DOS规定使用软中断指令INT21H作为进入各功能子程序的总入口，再为每个功能调用规定一个功能号，引用功能号即可进入相应的子程序入口。

DOS系统功能调用的使用方法归纳如下：

（1）传送入口参数到指定的寄存器中；

（2）把要调用功能的功能号送入AH寄存器中；

　　（3）用INT21H指令转入子程序入口；

　　（4）相应的子程序运行结束后，可以按照规定取得出口参数。

下面介绍一些DOS功能调用：

INT16H（键盘I/O中断）

1.功能号00H

功能：

从键盘读入ASCII字符，放在AL中

入口参数：

AH=00H

2.功能号01H

测试有无键被按下

AH=01H

INT10H（屏幕及显示器中断）

设置显示模式

入口参数:

AL=显示模式

2.功能号02H

功能:

用文本坐标下设置光标位置

AH􀉶

02H

BH􀉶

显示页码

DH􀉶

行（Y坐标）

DL􀉶

列（X坐标）

3.功能号09H

在当前光标处按指定属性显示字符

09H

AL􀉶

字符

BL􀉶

属性（文本模式）或颜色（图形模式）

CX􀉶

重复输出字符的次数

4.功能号0BH

设置调色板、背景色或边框

0BH

设置颜色:

.BH􀉶

00H􀉲

颜色

选择调色板:

01H􀉲

调色板（320×

200、4种颜色的图形模式）。

5.功能号0CH

写图形象素

0CH

象素值

BH页码

（CX、DX）􀉶

图形坐标列（X）、行（Y）

INT21H（DOS系统功能调用）

功能号4CH

退出系统，返回DOS

AH=4CH

4.3程序代码及注释

datasegment

;

------------------------------进度条字符-----------------------

st_loaddb10;

起始行

db4;

起始列

db0bh;

字体颜色

db‘*****************************'

db00

------------------------------字符定义-----------------------

start_coldb?

;

存储起始行

textdb14;

db2;

db0fh;

db'

AUTOMATION0902hereir'

0ffh,0ffh;

显示字

Happynewyear!

'

0ffh;

以0ffh来判断是否换行

[-1-2-3-4-5-6-7-]'

0ffh

H[qwertyu]p:

play'

M[asdfghj]enter:

stop'

L[zxcvbnm]Esc:

exit'

1/2:

speeddown/up'

------------------------------白色琴键坐标-------------------

st_lxdw50,61,72,83,94,105,116;

起点横坐标

dw127,138,149,160,171,182,193

dw204,215,226,237,248,259,270

st_ydw50;

起点纵坐标

ed_lxdw60,71,82,93,104,115,126;

终点横坐标

dw137,148,159,170,181,192,203

dw214,225,236,247,258,269,280

ed_ydw90;

终点纵坐标

------------------------------黑色琴键坐标--------------------------

bt_xdw57,68,90,101,112;

dw134,145,167,178,189

dw211,222,244,254,265

bt_ydw50;

bd_xdw64,75,97,108,119;

dw141,152,174,185,196

dw218,229,251,262,273

bd_ydw70;

------------------------------音乐频率值----------------------------

tunedw220,247,278,294,330,371,416;

低音

dw441,495,556,589,661,742,833;

中音

dw882,990,1112,1178,1322,1484,1655;

高音

soundcolordw0;

音色缓存56946.用于改变播放或弹奏时琴上音响和琴面上点阵的颜色

key_tunedw0;

按键状态缓存56946.用于判断是否有手动按键，1为有，0为无

keynumdw1;

按键编号缓存，用于提取对应的按键位置

delay_timedw7000;

延时缓存，用于播放时存入bx中来计数

------------自动演奏的歌曲频率和延时---------《新年好》

mus_freqdw441,441,441,330,556,556,556,441

dw441,556,661,661,589,556,495

dw495,556,589,589,556,495,556,441

dw441,556,495,330,416,495,441

dw-1;

以后以-1来判断是否结束

------------------声音节拍部分，32为一拍------------------------

mus_timedw4,4,8,8,4,4,8,8

dw4,4,8,8,4,4,16

dw4,4,8,8,4,4,8,8

dw4,4,8,8,4,4,32

dataends

************************代码段**************************

codesegment

assumeds:

data,cs:

code

-------------------------主程序-----------------------

---依次调用：

开场效果--初始化--键盘扫描--按键处理程序-------------

mainprocfar

start:

callshow_load;

调用进度条显示程序

---延时20*waitf----

pushbx

movbx,20

del:

callwaitf

decbx

jnzdel

popbx

------------重新开始-------

restart:

自动播放音乐时，按‘enter’键或音乐完全结束后会返回这里

callinit;

调用初始化程序

new_scan:

键盘扫描程序没有检测到功能键被按下时，会返回这里

callscan_key;

调用键盘扫描程序，扫描所按下的键

-----------按键处理-------

calldo_key

----重新扫描---

jmpnew_scan;

重新扫描有无键按下，直到按下esc键

mainendp

4.4编程过程中所遇到的问题

（1）电子琴的程序太过繁杂，要显示的字符串太多了，还要频繁中断调用显示程序，避免重复不断地写代码，提高程序的可读性，我想到了通过宏定义，宏定义方便传递参数，是程序看起来更具有可读性

（2）程序需要的寄存器太多了，系统内部的寄存器明显不够用，通过查资料我知道了可以用外部寄存器定义，定义是注意它的格式为：

变量名数据类型?

（3）在程序调试的过程中，遇到最大的问题就是，寄存器的值变幻无常，容易出错。

原因：

程序结构过于复杂，使用寄存器比较频繁，以及使用了BIOS中断程序，这样会导致其它与之相关寄存器的值的改变。

解决办法：

堆栈是保护环境的主要工具，一旦用错，后果将很严重，比如我们在调试程序的过程中，遇到过这样的问题，在一个函数的开始，我先用PUSH把所有寄存器入栈了在函数的执行中，我又把一个寄存器PUSH到栈中保存，却忘记了在执行POP指令之前把它恢复出来，这样就造成了所有的寄存器的值都的生了变化。

PUSH了一个变量之后在新的PUSH来临之前如果又有POP别的变量的语句，一定会出问题，解决的办法只有一个，就是把PUSH和POP对上号。

（4）有很多程序不会写，所以只有通过查资料，把不会写的程序好好理解一下，然后写上去。

5程序调试记录

（1）8255A芯片初始化，B口输出，工作方式0；

A口输入，工作方式0；

由于硬件电路中8255的B端口和8253连接一个与门后接到蜂鸣器，所以设置只有当8255最低的两位同时输出“1”，蜂鸣器才会响，所以一开始蜂鸣器是不响的。

（2）按键按下后开始连续发声，由于我们的程序设计的是使程序一直处于查询按键状态，所以到我们检测到按键松开后需要编写一段延时函数，那么在一瞬间的按键过程中蜂鸣器可以发出一定时长的声音。

采用循环函数来延时，延时时间的长短由循环次数来控制。

（3）跳转，转移指令跳出的范围太大，编译出现错误。

使用过程，也就是子程序设计，直接把一个要频繁要用到的函数打包成一个子过程，然后用CALL调用子过程就可以了，这样就可以避免使用过多的跳转和转移指令。

在本次程序设计过程中，在界面上电子琴和班级、等信息，并在屏幕下方显示键盘形状，当安不同的音阶时，相应的乐键会显示被按下。

当从键盘上敲击Q～U键时，音箱发出1～7的高音阶；

敲击A～J键时，音箱发出1～7的中音阶；

敲击Z～M键时，音箱发出1～7的低音阶，当敲击P键时，音箱会自动播放预存的音乐摇篮曲，当敲击1键时，演奏速度会加快，敲击运行程序所得到的截面图如下所示

图5-1界面载入中

图5-2电子琴单键按下

图5-3电子琴演奏预存歌曲界面

6课程设计收获及心得体会

这次的课程设计是我做的课程设计中最难的一个，开始拿到题目时候，我毫无头绪，不知道从哪里去着手，后来我静下心来经过慢慢的分析，到处查资料，基本确定了用8255A芯片和8个常用型开关作为电子琴设计的输入部分，然后利用cpu对8253A定时器编程，利用其I/O口接收一个控制声音的16进制的频率值，然后在发声环节通过其通道工作在方式2，输出均匀的方波，来控制其音调，送到扬声器发声，

基本确实了系统的大致设计方向之后，我开始考虑细节，将8255A芯片的A片作为输入端，B端口的低位作为输出口，连接到8253A的Gate门和输出口，以此来控制扬声器的发声，硬件电路确定之后，就是软件设计了，其核心就是汇编程序的编写。

编写程序时，我查了很多资料，编写过程中要显示很多的字符串，我就想到了用宏定义，传输参数方方便，在DOS调用那一块我也查了很多资料，查了许多中断程序，如键盘I/O中断，屏幕显示中断等等。

主程序编写中，先定义了电子琴界面的载入，显示以及琴键的坐标位置，确定了高，中，低音的音调和预存的音乐，代码段中都是一系列的宏调用和子程序的调用等。

难度高的就在于子程序的编写，在查了各方面的资料，终于完成了电子琴的程序，调试出了正确的结果。

在这个一周的微机原理和接口技术的课程设计。

我学到了很多，也在设计过程中碰到了很多的难题和障碍，开始时毫无头绪的焦躁让我更加无法下手，后来经过冷静下来，大脑才能理智地思考，然后慢慢找到突破口，这让我认识到我的一个缺点，遇到难题容易急躁，以后会慢慢改正。

在知识的积累上，我也学到了很多，以前只知道8255A芯片和8253A定时器的大致左右，根本不知道怎么去拓展，经过这次课程设计，我从结构上了解了这两块芯片，对芯片的应用也有了一些心得，程序的编写更是让我在平时上课没太弄懂的指令彻底弄明白了。

最后软件调试的时候出现了一些问题，因为程序过长，我很担心出了问题不太好找出来，经过调试，幸好都是一些小问题，都是由于粗心，程序输入错误，然后顺利地调试出来了正确的结果。

总之这次课程设计，从各方面来讲都是我收获最大的一次，不仅认识到自己在处理问题方面的缺点，也让我将理论知识与实际结合到一起，对知识理解得更加透彻，经过了这么长段程序的理解和编写，我的编程技术也有所提高。

要提高自己的编程能力，你必须亲自