计算机硬件课程设计 电子琴Word下载.docx
《计算机硬件课程设计 电子琴Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机硬件课程设计 电子琴Word下载.docx（49页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
心得体会4：
25
6.操作说明书 27
6.1连线要求 27
6.2使用电子琴弹奏乐曲以及使用各个子功能的方法 28
7.整体程序清单 29
Ⅰ
摘要
通过大三上学期对《计算机硬件技术》课程的学习，我们初步掌握了一些计算机硬件工作的基本原理、汇编语言程序设计方法，建立了微型计算机系统的整体概念，初步形成微机系统软硬件开发的能力。
为了更好的理解和掌握学习到的知识，也为了更深入的了解熟悉可编程定时器8254和8255，我们试图通过编程使8255识别输入键值，通过8254识别发声，达到通过按键控制扬声器发声频率的目的，从而模拟电子琴的工作原理。
由于本电子琴设计简单，方便改装用于其他实用领域，如报警器、门铃、儿童玩具等，具有一定的实用价值。
要完成一个简易的电子琴，要求我们利用相关已经学过的芯片连接成一个电子电路，并且通过自己用汇编语言编程，控制设计的电子电路实现电子琴的一些功能，比如通过高中低音键和音调键分别控制发出高低音的1、2、3、4、5、6、7音调，比如播放预先存储的歌曲，比如回放上一个弹奏的歌曲等。
本文首先介绍了设计目的、意义、任务及思路，接着简单介绍了各个元器件的工作原理，然后以流程图的形式展现了各程序的基本思路，再介绍了一些具体功能是如何实现的，在附录中还附带了完整的程序，最后描述了组员的心得体会。
1.设计目的与意义
1.1设计目的
计算机硬件技术课程设计是对所学课程内容的全面、系统的总结、巩固和提高的一项课程实践活动。
课程设计要求同学们熟悉汇编语
言的编程、连接、调试、运行等步骤，以及设计中所设计的相关软硬知识。
通过课程设计，一方面提高运用汇编语言变成解决实际问题的能力，另一方面使同学们更深入的了解计算机系统内部的有关知识，为以后的学习和系统开发奠定良好的基础。
1.2设计意义
通过课程设计要进一步锻炼在微型计算机应用方面的实际工作能力。
计算机科学是一门应用型学科，学习时必须紧密联系实际，要强调实际问题的能力。
通过设计学会面对一个实际问题时如何分析问题、收集资料并且如何将理论知识运用于实际生活中，解决实际问题。
2.课程设计的任务和思路
2.1设计任务
设计一个电子琴，以扬声器作为发声装置，以4X4小键盘作为输入装置，模拟电子琴的琴键和功能按键，嗲子清具有低、中、高三个音阶，能弹奏曲目在计算机硬件试验系统基础上，完成扬声器模块的设计，完成基本功能，并在此基础上完善并优化系统功能。
（1）按“1—7”中的任一数字键，则发出对应的中音；
（2）若按下“高音键”和“1—7”中的任一数字键，则发出对应的高音；
（3）若按下“低音键”和“1—7”中的任一数字键，则发出对应的低音；
（4）弹奏时要求能够区分节拍、音调、音阶和休止符。
2.2设计思路
电子琴的设计实际上就是要设计一个程序，通过识别按键，控制扬声器模块的振动频率，从而发出不同的音调。
扬声器模块是通过并行接口芯片8255和定时芯片8254来控制发音的，其电路连接方式如下图所示。
频率
OUT2
GATE2
CLK2 8254
PC8
1
8255A
扬声器模块
&
图1扬声器控制电路
扬声器是由8254通道2产生的方波信号驱动发声的。
要想让扬声器发声，除了电源和接地外，，还需要一个引脚给予振动频率才能正常工作。
同时当8255的PC7置1，，使得8254的GATE为高时。
OUT2引脚上才能产生一定频率的方波信号驱动扬声器，使扬声器发声。
因此,可以通过对8255的PC7的设置来控制扬声器的开通和关断,而其发音频率可以通过改变8254通道2的计数初值来控制。
因此设计程序的任务就是要通过识别按键来设置8255的PC7输出电平的高低,以及设置8254通道2计数初值。
在实际的课程设计中，因为计数初值的设置、8254的CLK频率的选择等原因，我们给予8254用于参与计算高低中音的程序频率和实际OUT2口输出的驱动频率有
点不同，以下两表分别为OUT2口输出频率和程序中用于计算的频率：
音符
2
3
4
5
6
7
频率（低）
131
147
165
175
196
220
247
频率（中）
262
294
330
349
392
440
494
频率（高）
524
588
660
698
784
880
988
表一：
OUT2口输出的驱动频率
101
112
125
134
151
167
186
202
224
250
268
302
334
372
402
448
500
536
604
668
744
表二：
程序中参与计算8254计数初值的频率
3.硬件工作原理
3.18255工作原理
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8
位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片
（40引脚）。
其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。
8255的内部结构图如图2所示,它有3个数据端口,分为两组，
A组由A口和C口高四位组成，B组由B口和C口低四位组成。
其方式控制字如图3所示。
图28255内部结构图
图38255控制字
3.28254工作原理
8254 芯片是一款使用十分广泛的可编程定时，计数芯片，其主要功能是定时和计数的功能。
人们所使用的微机内的动态存储器刷新电路、系统日时钟的技术以及发声系统的声源都是由8254芯片来参与完成工作的。
每个8254芯片有3个独立的16位计数器通道，每个计数器有6中工作方式，都可以按二进制或十进制（BCD码）计数。
8254芯片主要由数据总线、缓冲器、读写逻辑控制字、寄存器、计数器四部分组成。
其中当计数器工作在方式3时,输出信号为方波信号。
图48253内部结构图
图58253控制字格式
8254的通道0,通道1,通道2，控制口的端口地址分别为：
300H,304H,308H,30CH。
因为扬声器是由通道2来控制的，故应选择通道2，工作方式选为方式3，输出的信号则为方波信号。
3.3扬声器模块工作原理
扬声器模块式有8254以方式3产生的方波信号驱动发声的。
该发声驱动系统由8255的PC7口经控制8254的GATE电平高低控制定时计数开始与结束的。
3.4三色LED数显
8255A并行模块中共有4片8255A芯片，每个8255A芯片的输出控制了两个共阳极8段LED，通过PCI总线接口与其相连，下面为电路图和端口地址，字型码和LED显示颜色选择表格
3.54X4非编码键盘
在拓展的实验板上有4行4列非编码键盘，按键的行、列信号用过插孔引出，行信号通过插孔P0-P3引出，列信号用过插孔Q0-Q3引出，4X4非编码键盘电路图如下图所示。
4.功能说明
4.1总体功能说明
8254的A口与B口分别连接4X4键盘的行与列，从中读取键值，确定音符，1—7按键分别对应1—7音符。
C口连接两个开关，读取选择的音阶，若K1K2=01则为高音，若K1K2=01则为低音，否则为中音。
8255根据选择的音符与音阶根据音符频率表确定需要的发声频率Hz送给8254。
8254的CLK频率为3MHz，由N=3MHz /Hz确定
8254计数初值N。
8254工作在方式3，通过OUT 口以方波形式将发声频率传给发声模块。
发声模块通过不同的频率选择不同的音符与音阶发声。
当不需要发声时，使8254的GATE为低电平。
4.1.1主程序说明
程序开始运行后，首先读取开关状态，若没有键按下，则进入弹琴子程序，否则判断是回放还是放音键。
若为回放键，则进入回放子程序，否则进入播放子程序。
进入子程序后，判断是否结束或中断。
若不是则重复运行子程序，否则重新读取开关。
主程序的流程图如下图所示：
4.2弹奏功能说明
图6主程序流程图
开始
读取开关
回放
是否有键按下
是
是播放还是回放
否
播放
进入弹琴子程序
进入播放子程序
进入回放子程序
是否结束或中断
首先根据音符音阶表建立音阶表LOW、MID、HIGH。
根据K1K2选择高中低音，由LEA指向相应表。
再根据8255读取按键值，若没有按键按下，则重新开始选择音阶读取键值，若有键按下则根据键值选择偏移地址放入SI中，从而准确判断选择发音频率，送往扬声器。
再令GATE为高电平，开启扬声器发声。
发声时不断扫描键盘和功能键，若有键盘键按下则重新根据相应的音符发声，若有功能键
按下则关闭扬声器。
4.2.1音符选择
扬声器发音的频率是由8254产生方波的频率决定的，而方波频率又是由通道的计数初值来决定的，因此可以通过改变通道的计数初值来实现变调功能。
计数初值N=时钟频率/音阶频率，时钟频率为3MHZ，可以将相应音调对应的时钟频率存入内存单元，当选择相应的音调时，计算计数初值时，采用对应的时钟频率值，
4.2.2音阶选择
高中低音阶主要是三组频率不同的音符，因此可以通过建立三个音阶表LOW、MID、HIGH。
根据开关情况确定由LEA指向相对应的表，再调用发声子程序，即可发出不同音阶的声音。
4.2.3弹奏实现
已提前选择音阶，即已选择好该指向哪个音符表。
由8255扫描按键值，根据扫描确定按得是哪个键，由此确定偏移地址并放入SI中，然后通过查表得其相应频率值，求得计数初值，然后将计数初值送入8254的通道2，最后调用发声子程序即实现弹奏功能。
4.2.4流程图
弹奏功能流程图如下：
选择音阶
开扬声器
读取键值
读键值
是否有其他功能、
音符键被选择
选择发声频率
是否为功能键
送扬声器
关扬声器
结束
图7弹奏功能流程图
4.3回放功能
回放功能的实现与歌曲播放功能的实现原理相近，不同的是用来存放声音所键的表里并不会预先存储歌曲，而是每按下一个音符键时就将对应的频率存放到该表里。
当弹奏结束后开通K2时，与歌
曲播放功能一样取出频率与节拍计数值，调用发声子程序，即可演奏刚刚弹奏的歌曲。
当K4为1时，调用回放子程序，回放子程序的流程图如下图所
示：
选择固定节拍
将音阶、音符
频率调入SI中
调用发音子程序
是否结束
图8音乐播放子程序流程图
首先选择的固定的节拍，再将相应频率调入SI中，在调用发音程序发现，并判断是否结束，若不结束，则重新调入频率，重新发
音。
4.4歌曲播放功能
预先存储《欢乐颂》歌曲，建立了两个表，一个存放歌曲对应的频率，一个存放节拍。
程序从频率表中依次取出音符对应的频率送给SI寄存器，同时取出对应的节拍计数值送给BX寄存器，在调用发声子程序，即可演奏出歌曲。
当频率为0时结束程序。
选择歌曲
将音符。
音阶对应
平率SI中
对应节拍调入BP中
调用发音程序发音
选择呢下一个
音符和节拍
当K3为打开时启动播放功能，可以播放预先存储的歌曲，其流程图如下：
图9歌曲播放子程序流程图
根据选择的歌曲将音符、音阶对应的频率调入SI中，对应节拍放入BP中，在调用发音子程序，根据SI与BP发出对应的声音，每发出一个声音判断歌曲是否结束，若还未结束则选择下一个音符、音阶、节拍调入，若结束则关闭扬声器，结束放音。
4.5显示功能
显示功能调用了控制三色led的第一片8255，其地址片选为200H，当每一个音符被按下的时候，我们调用8255控制着两个三色
led给出相应的显示。
为弹奏的子功能时，第一片三色led用A来显示，低音显示绿色、中音显示黄色、高音显示红色，第二片用来显示被按下的对应的音符；
为放音子程序时显示B，第二片显示相应的音符；
当为回放子程序的时候两片合起来显示C0。
其程序流程图对应如下：
读取功能键
显示功能符号
是否有音符响起
显示音符符号
图10显示子程序流程图
5.组员心得体会
重庆大学自动化学院计算机硬件课程设计电子琴
耗时两周，很坑，正好占据考研时间，真TM贱本实验相当成功，按键灵敏，音乐准确
程序由大神亲自编写
唐丹老师相当好，既可爱又漂亮要求也不严要是答辩碰上黄勤，等着死吧
欢迎学妹垂询！
！
QQ 2725714501
祝学长考研成功！
6.操作说明书
6.1连线要求
端口地址连接：
第五片8255A片选与320H相连；
8254片选与
300H相连。
8255与输入设备：
第5片8255A的PA0-PA3与键盘行信号P0-
P3连接；
第5片8255A的PB0-PB3与键盘列信号Q0-Q3连接；
第
5片8255A的PC0-PC3与开关K1-K4连接。
8254连接：
GATE2与PC7口连接；
CLK2与3MHz 相连；
OUT2与扬声器输入口相连。
扬声器：
正电源与实验板的+5V相连接；
接地端与实验板的GND
连接。
连线后设备全貌：
6.2使用电子琴弹奏乐曲以及使用各个子功能的方法
弹奏功能：
全速运行之后，当K2K1为10时（扳上为1，扳下为0），按下键盘的1-7按钮则会对应发出低音部的键盘1-7的声音；
当K2K1为01是，按下键盘的1-7按钮则会对应发出高音音部的键盘1-7的声音；
当K2K1为非以上情况时，按下键盘的1-7按钮则会对应发出中音部的键盘1-7的声音。
并且其实实验板上排的三色LED会显示为A模式，且弹奏的音符对应的简谱符号也会现实，而且根据其所属音节的不同，为不同的颜色；
其中红色为高音，黄色是中音，绿色为低音。
乐曲《欢乐颂》播放示范：
当将K3开关板上时，则会自动循环播放歌曲，且三色LED首位会现实为B，扳下则停止播放，并恢复到弹奏功能模块工作方式。
弹奏回放功能：
在弹奏不超过100个音符的时候，可以回放所弹音符，但是注意是没有记录节拍信息的。
7.整体程序清单
.486
PORTAEQU320HPORTBEQU324HPORTCEQU328HCTRL EQU32CHPORTA4EQU300HPORTB4EQU304HPORTC4EQU308HCTRL4 EQU30CH
CODE SEGMENTUSE16ASSUME CS:
CODEORG1000H
BEG:
JMPSTARTHFDINGWEIDW?
HFQISHIDW?
HFZHONGZHIDW?
HFBIAOZHIDW?
GONGNENGDB?
YINFUDB?
PINLVDW?
PANDUANDB?
SHANGYINDB?
SHANGGONGDB?
DENGZHIDW?
LOWDDW101,112,125,134,151,167,186;
3MHZ时钟信号
MID DW202,224,250,268,302,334,372
HIG DW402,448,500,536,604,668,744
HUANLE DW250,250,268,302,302,268,250,224
DW202,202,224,250,250,224,224
DW250,250,268,302,302,268,250,224
DW202,202,224,250,224,202,202,0JIEPAI DW8DUP（25）
DW4DUP（25）,50,2DUP（25）DW8DUP（25）
DW4DUP（25）,50,2DUP（25）HUIFANGDW1DUP（50H）JIEPAI2DW8DUP（50H）
START:
KSCAN1 PROCNEAR ;
主程序，用于扫描功能，并且调用相关的程序
PUSHCX ;
从这开始就是初始化的一些东西，包括8255的初始化、回放、三色
LED的初始化
MOVDX,CTRLMOVAL,91H
OUTDX,AL
MOVCX,20H;
回访的初始化LEASI,HUIFANG
CHUZHI:
MOVAX,0000H
MOVWORDPTR[SI],AXINCSI
INCSI
LOOPCHUZHI
LEASI,HUIFANG
MOVHFBIAOZHI,0000HMOVHFDINGWEI,SIMOVHFQISHI,SI
MOVSI,HFQISHI ;
做出回放地址的起始点
MOVAX,HFQISHI ;
做出回放地址的终止点ADDAX,100H
MOVHFZHONGZHI,AX
CHUDENG:
;
三色led的初始化
MOVDX,20CH
MOVEAX,80808080HOUTDX,EAX
MOVDX,200HMOVAL,88HOUTDX,AL
MOVDX,204HMOVAL,0C0HOUTDX,AL
MOVDX,208H
MOVEAX,0F0F0F05HOUTDX,EAX
RECEIVE:
形成功能代号，便于下面选择功能MOVDX,PORTC
INAL,DXANDAL,0FHCMPAL,0FH
CALLFNDKEY1MOVCL,GONGNENG
MOVSHANGGONG,CL
CMPGONGNENG,01HJZRELOP1
CMPGONGNENG,02H
JZRELOP1
CMPGONGNENG,03HJZRELOP1
CMPGONGNENG,04HJZRELOP2
CMPGONGNENG,08HJZRELOP3
RELOP1:
CALLGONGDENGCALLTANQINJMPRECEIVE
RELOP2:
CALLGONGDENGCALLGEQU
JMPRECEIVERELOP3:
CALLGONGDENGCALLHUIF
JMPRECEIVE
;
处理完毕之后，返回继续读取功能选择
POPCXRET
KSCAN1 ENDP
KSCAN2 PROCNEAR ;
寻找对应的1-7音符的按键是否按下的子程序，把得到的音符值传给YINFU
MOVCX,02H
MOVBL,0FDH ;
从Q1列开始扫描
LOP3:
MOVAL,BLMOVDX,PORTBOUTDX,ALMOVDX,PORTAINAL,DX
ANDAL,0FHCMPAL,0FHJZLOP4
CALLFNDKEY2JMPLOP5
LOP4:
RORBL,1LOOPLOP3
MOVYINFU,00H;
如果没有音符键按下则置YINFU为00H
LOP5:
RETKSCAN2 ENDP
FNDKEY1PROCNEAR ;
形成功能键的键值音CMPAL,00H
JZ FK1LOP3CMPAL,01HJZ FK1LOP1CMPAL,02HJZ FK1LOP2CMPAL,03HJZ FK1LOP3CMPAL,04HJZ FK1LOP4CMPAL,08HJZ FK1LOP5
MOVGONGNENG,00HJMPOVER
FK1LOP1:
MOVGONGNENG,01HJMPOVER
FK1LOP2:
MOVGONGNENG,02HJMPOVER
FK1LOP3:
MOVGONGNENG,03HJMPOVER
FK1LOP4:
MOVGONGNENG,04H
JMPOVERFK1LOP5:
MOVGONGNENG,08HJMPOVER
OVER:
RET
FNDKEY1ENDP
FNDKEY2PROCNAER
升级会员 