微机原理课程设计乐曲演奏程序设计与实现

1乐曲演奏程序设计与实现
1.1设计目的
1.掌握可编程计数器/定时器8253的工作原理及应用。

2.掌握并行接口芯片8255的工作原理及应用。

1.2设计内容
1.确定每个音符的发声频率，以确定乐曲演奏的音调。

2.确定每个音符的节拍长度，以确定乐曲演奏的节奏。

3.完成乐曲演奏程序的编写与调试。

1.3设计要求
1.基本要求：用软件定时方法控制乐曲的演奏节奏。

2.提高要求：用PC机内部定时器0控制乐曲的演奏节奏。

3.更高要求：由键盘输入的值决定乐曲演奏的节奏。

1.4设计原理与硬件电路
（一）发声原理
PC系统板上8253的接口电路如上图所示，8253包括3个独立的16位计数器和1个控制字寄存器，系统分配给8253的端口地址为40H~43H。

PC机上的大多数输入/输出(I/O)都是由系统插件板上的8255(或8255A)可编程外围接口芯片(PPI)管理的。

8255包括3个数据端口和1个控制端口，系统分配给8255的端口地址为60H~63H。

当8255的PB端口（61H）的第0位为1时，控制8253定时器来驱动扬声器，当第1位为1时，扬声器的门电路接通，并一直保持到位1变为0时关闭。

即控制电路能以位触发和定时器控制两种不同的方式驱动扬声器发声。

下面主要介绍利用定时器产生声音的原理。

利用机器硬件8253定时器可以产生声音。

CPU通过对定时器2（端口地址为42H）进行编程，使其寄存器接收一控制声音频率的16位计数值，8255端口B的PB0 和PB1均为1时扬声器才可以发声，发声得频率由OUT2决定，以产生特殊的音响。

当定时器2工作在方式3下接收的计数值为533H时，能产生896Hz的声音，因此产生其它频率（Freq）的计数值就可由下式计算出来：
533H×896÷Freq=1234DCH÷Freq
当定时器2用于发声时，一般采用模式3，在模式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。

（二）乐曲程序原理
乐曲是按照一定的高低、长短和强弱关系组成的音调，在一首乐曲中，每个音符的音
高和音长与频率和节拍有关，而组成乐曲的每个音符的频率值和持续时间是乐曲程序发声所
知道了音调与频率和时间的关系，我们就可以按照乐曲的曲谱将每个音符的频率和持续时间定义成两数据表，然后编写程序依次取出表中的频率值和时间值，调用发声程序发出各种声音。

1.5 程序流程图
主程序 发音子程序
1.6程序代码
data segment
song db 'music:TWO TIGERS$'
mess db 'input time:$'
mus_freq dw 2 dup(262,300,330,262) ;频率表
dw 2 dup(330,349,392)
dw 2 dup(392,440,392,349,330,262)
dw 2 dup(294,196,262),0
mus_time dw 10 dup(10) ;节奏表
dw 20
dw 2 dup(10)
dw 20
dw 4 dup(5)
dw 2 dup(10)
dw 4 dup(5)
dw 4 dup(10)
dw 20
dw 2 dup(10)
dw 20
data ends
code segment
assume cs:code,ds:data
main proc far
start: push ds
mov ax,0
push ax
mov ax,data
mov ds,ax
cli ;关中断
mov ax,351ch ;取原中断服务程序的入口地址 int 21h
push es ;保存段地址
push bx ;保存偏移地址
push ds
mov dx,offset delay ;设置用户中断服务程序段地址 mov ax,seg delay ;设置中断服务程序偏移地址 mov ds,ax
mov ax,251ch ;设置中断向量
int 21h
pop ds
mov al,36h ;重设8253定时器0控制字
out 43h,al
mov ax,11926 ;重写8253定时器0时间常数 out 40h,al
out 40h,al
lea si,mus_freq
lea bp,mus_time
lea dx,song ;显示乐曲名
mov ah,9
int 21h
mov ah,2
mov dl,0dh
int 21h
mov dl,0ah
int 21h
lea dx,mess ;提示输入节奏控制值
mov ah,9
int 21h
mov ah,1
int 21h
mov cl,al
sub cl,30h
freq: mov di,[si]*2 ;取频率值
cmp di,0 ;乐曲是否结束
je end_mus
mov ax,ds:[bp] ;取节奏
mul cl
mov bx,ax
call gensound ;调用发声程序
add si,2
add bp,2
jmp freq
end_mus:cli ;关中断
mov al,36h ;恢复定时器0的初始设置值 out 43h,al
mov ax,0
out 40h,al
mov al,ah
out 40h,al
pop dx ;恢复中断服务程序初始值 pop ds
mov ax,251ch
int 21h
sti
ret
main endp
gensound proc near ;发音子程序
push bx
push cx
push dx
push di
mov al,0b6h ;初始化定时器2
out 43h,al
mov dx,12h
mov ax,3280h
div di ;计算定时器时间常数
out 42h,al
mov al,ah
out 42h,al
in al,61h
mov ah,al
or al,3
out 61h,al ;打开扬声器
sti ;开中断
wait0:cmp bx,0 ;硬件延时
jnz wait0
cli
mov al,ah
out 61h,al ;关闭扬声器
pop di
pop dx
pop cx
pop bx
pop ax
ret
gensound endp
delay proc near ;中断服务程序
push ax
dec bx
mov ah,20h
out 20h,al
pop ax
iret
delay endp
code ends
end start
1.7程序及硬件系统调试情况
在调试过程中，遇到的主要问题有：乐曲不能停止，最后一个音长响。

经调试发现，音频表的终止频率设置不当，经调整后程序正常结束。

在程序运行过程中发现音量偏低，可以把频率表中的频率扩大几倍后再利用定时器发声，以提高音量。