微机原理课程设计电子琴设计.docx

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微机原理课程设计电子琴设计

广州大学松田学院

课程设计说明书

题目

姓名

专业

班级

系（部）

指导老师

二零一四年十二月三十日

摘要

本文通过8255和8253来实现电子琴模拟，主要可以分成两部分，分别为输入部分和发音部分。

输入部分主要是由8255和8个常开型开关来完成。

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。

在程序设计中，为了避免过于频繁的调用中断显示字符串，应用了宏定义；还通过子程序调用，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8253定时器8255DOS调用宏定义

1设计任务及要求

初始条件：

用汇编语言设计一个电子琴，在屏幕上显示出来，界面要美观，功能上模拟现实电子琴功能。

要求完成的主要任务：

1．实现弹奏功或演奏。

其中弹奏：

用户每按一琴键弹奏相应音符；演奏：

按下某键后自动弹奏预存琴谱功能；还可以附加变调

2．界面要美观。

2工作原理

PC机扬声器电路以及相关接口电路如图2-1。

图2-1PC机扬声器电路及相关接口电路

通过8255和8253来实现电子琴模拟，主要可以分成两部分，分别为输入部分和发音部分。

输入部分：

主要是由8255和8个常开型开关来完成。

发音部分：

CUP通过对定时器的通道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。

当通道2用于发声时，采用的是方式3，在方式3下，输出线为“1”和为“0”的时间各占计数时间的一半，因而产生一系列间隔均匀的脉冲。

从定时器输出的方波信号，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8255（端口地址为61H）来的双重控制，端口61H的最低位控制通道2的门控开断，以产生特殊的音频信号，端口61H的PB1位和定时器的输出信号同时作为与门的输入，PB0和PB1位可由程序决定为0还是为1。

显然只有PB0和PB1都是1时，才能使扬声器发出声音。

控制音长的时间可以简单地通过反复执行指令来得到。

2.18253简介

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。

8253的方式控制字如图2-2所示。

图2-28253的方式控制字

8253的工作方式3——方波发生器：

它的特点是：

（1）输出为周期性的方波。

若计数值为N，则输出方波的周期是N个CLK脉冲的宽度。

（2）写入控制字后，输出将变为高电平，当写入计数初值后，就开始计数，输出仍为高电平；当计数到初值的一半时，输出变为低电平，直至计数到0，输出又变为高电平，重新开始计数。

（3）若计数值为偶数，则输出对称方波；如果计数值为奇数，则前（N+1）/2个CLK脉冲期间输出为高电平，后（N-1）/2个CLK脉冲期间输出为低电平。

（4）GATE信号能使计数过程重新开始，GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数。

停止后OUT将立即变高电平，当GATE再次变高以后，计数器将自动装入计数初值，重新开始计数。

2.28255简介

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。

8255A的方式控制字如图2-3所示。

图2-38255A的方式控制字

3设计思路

3.1程序功能描述

程序开始，显示电子琴界面和提示信息，对缓存区初始化。

按键扫描，接着调用发音子程序把al送缓存区，发出与按键相对应频率的声音，从而实现计算机钢琴功能：

键盘按键“q、w、e、r、t、y、u”实现音调的高音输入；

键盘按键“a、s、d、f、g、h、j”实现音调的中音输入；

键盘按键“z、x、c、v、b、n、m”实现音调的低音输入。

不停地对Esc键进行扫描，当Esc键按下时，就退出程序；当按下p时，播放预存音乐；当检测到Enter键时，退出到计算机钢琴演奏状态。

3.2程序流程图

程序流程图如图3-1所示。

图3-1程序流程图

3.3DOS/BIOS功能调用

DOS操作系统为程序设计者提供了可以直接调用的软中断处理程序，每一个中断处理程序完成一个特定的功能操作。

依据编程需要选择适当的处理程序，编程者不需再重新编写程序，而是使用INTn软中断指令。

每执行一种不同类型码n的软中断指令，就执行一个中断处理程序，其主要功能如下：

（1） 磁盘的读/写控制。

（2）内存管理、文件操作和目录管理。

（3）基本输入/输出（对键盘、打印机和显示器等）控制，另外还有日期、时间管理等。

BIOS是固化在只读存储器ROM中的一系列输入/输出服务程序，它存放于内存的高地址区域内，除负责处理系统中的全部内部中断外，还提供对主要I/O接口的控制功能，如键盘、显示器、磁盘、打印、日期与时间等。

BIOS采用模块化结构，每个功能模块的入口地址都存于中断向量表中。

对这些中断调用是通过软中断指令INTn来实现的，中断指令中的操作数n即为中断类型码。

　　BIOS的调用方法与DOS系统功能调用方法类似：

（1）置功能号于AH中。

（2）置入口参数。

（3）执行INTn。

（4）分析出口参数及状态。

下面介绍程序中将要用到的一下DOS/BIOS功能调用：

3.3.1INT16H（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

功能：

测试有无键被按下

入口参数：

AH=01H

3.3.2INT10H（屏幕及显示器中断）

1.功能号：

00H

功能：

设置显示模式

入口参数：

AH=00H

 AL=显示模式

2.功能号：

02H

功能：

用文本坐标下设置光标位置

入口参数：

AH＝02H

          BH＝显示页码

          DH＝行（Y坐标）

          DL＝列（X坐标）

3.功能号：

09H

功能：

在当前光标处按指定属性显示字符

入口参数：

AH＝09H

         AL＝字符

         BH＝显示页码

         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

功能：

设置调色板、背景色或边框

入口参数：

AH＝0BH

设置颜色：

BH＝00H，BL＝颜色

选择调色板：

BH＝01H，BL＝调色板（320×200、4种颜色的图形模式）。

5.功能号：

0CH

功能：

写图形象素

入口参数：

AH＝0CH

         AL＝象素值

         BH＝页码

         （CX、DX）＝图形坐标列（X）、行（Y）

3.3.3INT21H（DOS系统功能调用）

功能号：

4CH

功能：

退出系统，返回DOS

入口参数：

AH=4CH

4方案比较及论证

在程序设计的过程中，遇到了很多问题，总结起来有以下几点：

问题1：

要显示的字符串过多，但又不想重复写代码

原因：

过于频繁的调用中断显示字符串，导致程序过于庞大和复杂，可读性差。

解决办法：

解决这种问题的最好方法是直接把显示部分写成子过程，但是子过程在递参数的时候不方便，所以就用宏定义，宏定义可以很方便的传递参数，不仅使得程序美观好看，而且可读性好，程序代码紧凑。

问题2：

寄存器不够用

原因：

使用了太多的寄存器，AX、BX、CX、DX。

解决办法：

使用外部变量定义，定义外部变量的方法为：

变量名数据类型?

问题3：

跳转，转移指令跳出的范围太大，编译出现错误

原因：

程序结构过于复杂，庞大。

解决办法：

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跳转和转移指令了。

5程序源代码及注释

主程序如下（宏定义及子程序见附录）：

datasegment

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

st_loaddb10;起始行

db4;起始列

db0bh;字体颜色

db'IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII'

db00

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

start_coldb?

;存储起始行

textdb14;起始行

db2;起始列

db0fh;字体颜色

db'piano--AUTOMATION0808^_^',0ffh,0ffh;显示字

db'HAVEAGOODTIME!

',0ffh;以0ffh来判断是否换行

db'[-1-2-3-4-5-6-7-]',0ffh

db'H[qwertyu]p:

play',0ffh

db'M[asdfghj]enter:

stop',0ffh

db'L[zxcvbnm]Esc:

exit',0ffh

db'1/2:

speeddown/up',0ffh

db00

;------------------------------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;起点横坐标

dw134,145,167,178,189

dw211,222,244,254,265

bt_ydw50;起点纵坐标

bd_xdw64,75,97,108,119;终点横坐标

dw141,152,174,185,196

dw218,229,251,262,273

bd_ydw70;终点纵坐标

;------------------------------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，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，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---------《卡农》轻快改编版-----------

mus_freqdw1112,990,882,833,742,661,742,833;声音频率部分

dw882,833,742,661,589,556,589,495

dw882,833,882,441,416,661,556,589,441,882,833,742,833,1113,1322,1484

dw1178,1112,990,1178,1178,1112,882,833,742,661,589,556,495,589,556,495

dw441,495,556,589,661,495,661,589,556,742,661,589,661,589,556,495

dw441,371,742,833,882,833,742,661,589,556,495,742,661,742,661,589

dw556,1112,990,882,990,882,1112,990,1178

dw1322,1112,1178,1322,1112,1178,1322,661,742,833,882,990,1112,1178

dw1112,882,990,1112,556,589,661,742,661,589,661,556,589,661

dw589,742,661,589,556,495,556,495,441,495,556,589,661,742

dw589,742,661,742,833,882,661,742,833,882,990,1112,1178,1322

dw1112,882,990,1112,990,882,990,833,882,990,1112,990,882,833

dw882,742,833,882,441,495,556,589,556,495,556,882,833,882

dw742,882,833,742,661,589,661,589,556,589,661,742,833,882

dw742,882,833,882,833,742,833,882,990,882,833,882,742,883

dw1112,556,589,556,495,990,1112,990,882,556,441,742,661,330,294,330

dw371,742,833,742,833,330,294,330,371,742,661,742,833,833,742,833

dw441,882,990,880,833,416,441,416,371,742,661,742,833,416,556,495

dw441,882,990,1178,1112,556,661,1112,882,1178,1112,1178,990,661,589,661

dw556,882,833,882,556,661,661,742,883,661

dw556,882,1112,1178,882,1112,1112,990,882,833

dw742,742,661,742,833,882,1112,990,882,1178

dw1322,1178,1112,990,1112,990,882,833,882,833,742,661,742,661,589,556

dw589,589,495,441

dw441

dw-1;以后以-1来判断是否结束

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

mus_timedw16dup（32）,64dup（8）

dw16,16,32,32,32,16,16,16,16

dw8dup（8,4,4,8,4,4,8dup（4））

dw64dup（8）

dw6dup（8,4,4,8,8）

dw20dup（8）,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

6运行结果分析

电子琴界面如图6-1所示。

图6-1电子琴界面

电子琴播放预存音乐时的界面如图6-2所示。

相比初始界面，播放预存音乐时，右上角的第一个灯变绿了，上面和左右两边的点开始闪烁，且每播放一个音符，界面下方就多了＂Ｉ＂一个符号。

图6-2电子琴播放预存音乐的界面

7调试过程记录

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，把PUSH和POP对上号。

8课程设计小结

在本次设计中，可以说是一次成功的经验。

在学完了《微型原理与接口技术》这门课的基础上来搞做这个设计，使我对这门课的理论知识的理解有很大程度上的加强。

微机原理这门课程本身是一门实验性和工程性很强的专业技术课，因此不仅要重视理论教学，更应注意实践技能的培养和训练。

课程设计是这门课程的一个重要环节，通过课程设计，巩固、加深和拓宽了学习的理解，使自己的分析、设计和调试8086微机系统的能力得到了进一步的提高。

通过整整一个星期的摸索和编程，查资料，终于把程序完成了，和小组的成员一起讨论问题，分析问题，发现问题，解决问题，也收获了不少，我们的编程技术都有所提高，我们的体会就是：

要提高自己的编程能力，你必须亲自去体验、去设计、编辑、编译、调试、运行。

每一个程序员都是在失败、尝试、失败、尝试与收获中成长起来的。

在设计过程中，对不同方案的构思、分析、比较到最后的定案，这些工作，培养了我们的分析问题，解决问题和创新的能力。

在方案确定后，在软件编程方面，对编写的程序经上机实践和调试，对存在的问题进行反复修改，使其达到了最优方案。

这样的编程机会在平时是很少有的，所以，在编程方面我们得到了很多的锻炼，使自己更加熟悉了汇编语言，了解了编程思想，为以后的学习以及工作打下了扎实的基础。

我认为，在这次的课程设计中，不但做出了一个符合要求的电子琴，而且为自己积累了一笔有用的财富。

参考文献

[1]龚尚福.微机原理与接口技术.西安电子科技大学出版社，2003.8

[2]李芷.微机原理与接口技术.电子工业出版社,2002

[3]钱晓捷.汇编语言程序设计（第二版）.电子工业出版社,2003

[4]宋杰等．微机原理与接口技术课程设计．北京 ：

机械工业出版社 ，2005

[5]杨立，邓振杰，荆淑霞等．微型计算机原理与接口技术（第二版）．北京：

中国铁道出版社，2006

[6]小捷.汇编语言程序设计.第2版.西安：

西安电子科技大学出版社，2003

附录

;**********************************矩形绘制宏*******************************

drawmacrostart_x,start_y,end_x,end_y,color

localdraw_next

;local：

避免宏重复调用时，标号的重复

;功能：

画填充的矩形

;使用条件：

start_x

pushax;堆栈

pushbx

pushcx

pushdx

movah,0ch;12号功能，写像素

moval,color;取颜色值

movbh,0;页号0

movcx,start_x;列起始点

movdx,start_y;行起始点

draw_next:

int10h;画点

inccx;画横线

cmpcx,end_x;比较行是否画完

jnedraw_next;画另一行

movcx,start_x;另一行的起始点

incdx;下一行

cmpdx,end_y;比较列是否画完

jnedraw_next;未完继续画

popdx;出栈

popcx

popbx

popax

endm

;********************************矩形点阵绘制宏****************************

draw_pointmacrostart_x,start_y,end_x,end_y,color

localdraw_next

;local：

避免宏重复调用时，标号的重复

;功能：

画矩形点阵

;使用条件：

start_x

pushax

pushbx

pushcx

pushdx

movah,0ch;12号功能，写像素

moval,color;设置颜色

movbh,0;页号0

movcx,start_x;列起始点

movdx,start_y;行起始点

draw_next: