微机原理课程设计—电子琴地设计

课程设计任务书

学生：沛专业班级：电气0901

指导教师：锐工作单位：自动化学院

题目: 计算机电子琴软件软件设计

初始条件：

1.用于调试程序的IBM兼容PC机一台；

2.安装DOS/WIN98操作系统或运行于DOS/ WIN98兼容方式；

3. EDIT 等文本编辑器输入80x86汇编程序，MASM 5.0编译及程序。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.使用汇编语言设计一个运行于计算机的电子琴软件，软件应实现弹奏功或演奏。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、变速和记录创作等其它功能。

2.说明书撰写格式应符合《课程设计说明书统一书写格式》。

时间安排：

1.程序框图设计，3天

2.编程，4天

3.调试，3天

4.编写设计报告，4天

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录摘要··I

1 设计任务和思路··1

1.1设计任务··1

1.2设计思路··1

2更件部分工作原理··2

2.1 8255工作原理··2

2.2 8253工作原理··2

3程序流程图··4

3.1主程序流程图··4

3.2演奏子程序流程··5

3.3音乐播放子程序流程··6

3.4弹奏子程序流程图··6

3.5发音子程序流程图·7

4各部分功能实现说明··7

4.1 发音部分功能实现··7

4.2 变调功能的实现··8

4.3 弹奏功能的实现··8

4.4演奏功能的实现··9

4.4.1歌曲选择功能实现··9

4.4.2 音乐播放功能实现··9

5 程序运行结果··10

结束语··12

参考文献··13

附录程序清单··14 成绩评定表··19

摘要

汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。利用汇编语言能够直接访问与硬件相关的存储器或I/O端口，从而最大限度地发挥硬件的功能。本文主要介绍了利用汇编语言设计一个运行于计算机的电子琴软件，软件能够实现弹奏,演奏的功能,当按下弹奏键时,实现弹奏功能,发出音符对应频率的声音,按下演奏键时,实现演奏功能,播放预存的音乐,按下指定的音调选择按键后,选择低音,中音或高音,则分别用低音,中音或高音进行弹奏或演奏。首先介绍了PC机扬声器的控制电路，接着介绍了相关接口芯片8255和8253的部结构和工作原理，接着讲述了各部分功能的具体实现方法。

关键词：汇编语言，8255,8253，扬声器

计算机电子琴软件设计

1 设计任务和思路

1.1设计任务

使用汇编语言设计一个运行于计算机的电子琴软件，软件应实现弹奏功能或演奏功能。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、变速和记录创作等其它功能。软件预想功能为:按数字1-8为弹奏功能；按字母p为演奏功能；按d选择低音，按z选择中意，按g选择高音。

1.2设计思路

电子琴的设计实际上就是要设计一个程序，能够通过该程序控制PC机扬声器的发声规律，按下相应的按键后，扬声器能发出指定频率的声音。PC机的扬声器是通过并行接口芯片8255和定时芯片8253来控制发音的，其电路连接方式如下图所示。

图1 PC机扬声器控制电路

由图可知，扬声器是由8253通道2产生的方波信号和8255的PB1 相与后驱动发声的，且通道2的门信号由8255的PB0提供，要想让扬声器发声，

PB0和PB1必须同时为高电平,因此,可以通过对8255的PB0和PB1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对8253通道2的计数初值的设置来控制。所设计程序的任务就是要通过对按键的判断来设置8255的PB0和PB1输出电平的高低,以及8253通道2计数初值的设置。计数初值N=时钟频率/音阶频率.各音阶的频率如下表所示。

表1 各音符频率表

2硬件部分工作原理

2.1 8255工作原理

8255的部结构图如图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2 8255部结构图

方式控制字的特征位

D0

D7D6D5D4D3D2D1

1

A组工作方式

0 0——方式0

0 1——方式1

1 ?——方式2

B组

工作方式

0——方式0

1——方式1

A口

输入/输出

1——输入

0——输出

PC7~PC4

输入/输出

1——输入

0——输出

B口

输入/输出

1——输入

0——输出

PC3~PC0

输入/输出

1——输入

0——输出

PC机8255的A口，B口，C口和控制口的端口地址分别为：60H,61H,62H,63H。

2.2 8253工作原理

8253芯片中有3个计数通道，称为通道0,1,2，它们与外部电路相连的信号线有3根：CLK,GATE,OUT，CLK是脉冲输入端，GATE是门控信号，OUT是输出信号，计数器工作在减1状态。其部结构图和方式控制字格式如图4,图5所示。

其中当计数器工作在方式3时,输出信号为方波信号。

图4 8253部结构图

图5 8253控制字格式

PC机8253的通道0,通道1,通道2，控制口的端口地址分别为：40H,41H,42,43H。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程序流程图

3.1主程序流程图

主程序的流程图如下图所示:

图6 主程序流程图

3.2演奏子程序流程图

当按键为p 为时，调用音乐播放子程序，音乐播放子程序的流程图如下图所示。

图7 音乐播放子程序流程图

3.3 音乐播放子程序流程图

演奏时,通过判断按键为1或2来调用音乐播放子程序1或2,音乐播放子程序流程图如图8所示。

图8 音乐播放子程序流程图

3.4弹奏子程序流程图

当按键为1-8时，调用演奏子程序，演奏子程序的流程图如下图所示：

图9 演奏子程序流程图

3.5 发音子程序流程图

在弹奏和演奏时都需调用发音子程序，发音子程序的作用是控制扬声器的发音，其流程图如下：

图10 发音子程序流程图

4 各部分功能实现说明

4.1 发音部分功能实现

由更件的连接形式可知，扬声器的开断是由8255的PB0和PB1以及8253通道2同时控制的，PB0和PB1同时为高电平时，扬声器开，有一个为低电平时，扬声器关断，又知8255 B口地址为61H,8253通道2地址为42H,控制口地址为43H。具体程序编写如下。

8253初始化程序段：

mov al,10110110b ；选择8253的通道2，并设置为工作方式3

out 43h,al

mov ax,bx

out 42h,al ；将计数初值的低8位写入计数通道

mov al,ah

out 42h,al ；将计数初值的高8位写入计数通道

开扬声器程序段：

in al,61h ;读入B口数据

or al,03h ;将PB0 和PB1置1

out 61h,al ;将设置好的数据送回B口

关扬声器程序段：

in al,61h ;读入B口数据

and al,0fch ;将PB0 和PB1置0

out 61h,a ;将设置好的数据送回B口

4.2 变调功能的实现

扬声器发音的频率是由8253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1.19318MHZ=1234DCH，可以将相应音调对应的时钟频率存入存单元，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，具体程序如下。

cmp al,'d' ；为d则选择低音

jne j1

mov num2,50

jmp choice

j1:cmp al,'z' ；为z则选择中音

jne j2

mov num2,12h

jmp choice

j2:cmp al,'g' ；为g则选择高音

jne loop0

mov num2,06h

其中，num1和num2中存放的是时钟频率值，num1中固定为34DCH，选择低音时，num2值设为50，中音时设为12H，高音时设为06H。计算计数初值程序如下：

mov ax,num1

mov dx,num2

div 音符频率

通过这样的设置，即可实现电子琴的变调功能。

4.3 弹奏功能的实现

当按键为数字1-8时，选择弹奏功能，通过对按键的判断，求得其偏移地址，然后通过查表得其相应频率值，再由上述计算计数初值的方法求得计数初值，然后将计数初值送人8253的通道2，最后调用发音子程序即实现弹奏功能。具体程序段如下：

sub al,31h ;求偏移量

shl al,1

mov bl,al ;保存偏移量

mov bh,0

mov ax,num1 ;计算计数初值

mov dx,num2

div word ptr[tab+bx]

mov bx,ax ;保存计数初值

4.3 演奏功能的实现

4.3.1 歌曲选择功能实现

当按键为p时，选择演奏功能，播放预存的音乐，由于预存了两首歌曲，因此需进行选择，按下p后，显示输入提示信息，按1或2选择对应的歌曲，然后调用相应的音乐播放子程序，播放完后显示输入提示信息，按q退出，按c 继续。具体程序实现如下：

loop2: mov dx,offset mesg1 ;显示输入提示信息

mov ah,09h

int 21h

mov ah,07h ；从键盘读入一个字符

int 21h

cmp al,'q' ；为q则退出

je choice

cmp al,'1' ；为1则选择歌曲1

jne next1

call music1

jmp loop3

next1:cmp al,'2' ；为2则选择歌曲2

jne loop2 ；不为q，1,2则重新选择

call music2

loop3:mov dx,offset mesg2 ；播放完后显示输入提示信息mov ah,09h

int 21h

mov ah,7 ；从键盘读入一个字符

int 21h

cmp al,'q' ；为q则返回

je choice

cmp al,'c' ；为c则继续播放

je loop2

jmp loop3

4.3.2 音乐播放功能实现

选择歌曲后，调用对应的音乐播放子程序，音乐播放需用到循环结构，首先将计数器清零，接着计数器自增1，求得偏移量，然后通过查表的到相应的频率，再计算计数初值，将计数初值送人8253计数通道，调用发音子程序，若计数器的值大于歌曲长度，则返回。具体程序段如下。

mov cl,0 ；将计数器清零

ad:inc cl ；计数器值自增1

cmp cl,31 ；计数器值若大于歌曲长度，则返回

je return

mov al,cl