硬件课程设计报告(终稿)

硬件课程设计报告（总）设计题目：可存储式电子琴专业班级：小组成员：指导老师：马海波2012-10计算机科学与技术学院摘要：随着计算机技术的发展，计算机越来越多地被社会的各个领域用来处理繁多复杂的数据。

计算机中央处理器的处理速度也是随时间突破性地提高；作为人机交互的输入输出设备（外围设备）的种类也在飞速的增加。

但是，处理器的高速处理和各个输入输出设备的低速之间构成了一个严重的矛盾，同时，也必须协调好处理器与各外围设备间不同的工作条件要求。

因而，就必须要用一个电路来连接中央处理器和各个外围设备，来解决处理器和各个外围设备之间存在的矛盾。

接口芯片就起到了这样的作用，它是处理器和各输入输出设备之间的桥梁，使得中央处理器不用因为等待慢速的外围设备输入而浪费时间，也避免由于中央处理器的快速而使数据在外围设备处发生丢失，协调中央处理器和各外围设备的工作条件要求。

本次硬件课程设计课程，是配合上学期《微型计算机原理与接口技术》的教学，也是要让我们能够更深入的认识接口芯片技术以及汇编编程，做到理论和实践相结合。

在课程中，我们选择的设计项目是“可存储式电子琴”：一个简易的电子琴设备。

要求我们利用相关已经学过的和没有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：能够对于输入发出相应的单声；能够演奏一小段已经编好了的乐曲。

目录1、设计任务及要求-------------------------------------------------42、需求分析-------------------------------------------------------43、任务分工与合作-------------------------------------------------44、总体方案与说明--------------------------------------------------54.1总体方案---------------------------------------------------54.2电路原理图与说明-------------------------------------------54.3功能模块图 ------------------------------------------------74.4 实验原理 --------------------------------------------------85、硬件框图与说明 ------------------------------------------------85.1 8279芯片介绍----------------------------------------------85.2 8253芯片介绍----------------------------------------------126、软件功能--------------------------------------------------------14 7．软件主要模块流程图-----------------------------------------------147.1高中低音转换程序流程图--------------------------------------147.2预置音乐程序流程图------------------------------------------16 8．源程序清单与注释-------------------------------------------------168.1高中低音转换程序---------------------------------------------168.2预置音乐程序 ------------------------------------------------25 9．问题分析与解决方案-----------------------------------------------32 10．结论与体会 ----------------------------------------------------33 参考文献 ----------------------------------------------------------351.设计任务及要求本次硬件课程设计的任务和要求是利用74LS138、8279、8253、键盘、扬声器及LED七段译码，通过电路设计和电路连接并进行编程实现一个具有可存储音乐功能的电子琴。

✧本次课程设计的目的是完成一个可以存储音乐的电子琴。

✧通过硬件设计熟悉并掌握《微型计算机原理与接口技术》课程中的关于各个芯片的知识和一些具体应用。

✧通过此次硬件课程设计培养自己对于《微型计算机原理与接口技术》课程的兴趣。

✧通过此次硬件课程设计培养动手能力和创新精神，提高解决实际问题的能力。

✧通过此次课程设计培养同伴间彼此配合，彼此合作的能力。

2.需求分析“可存储式电子琴”的设计，首先明确功能的要求，主要是分两方面，一方面是实现电子琴，要能弹能响；能一方面是可存储，即能存储乐曲，能将存储的乐曲演奏出来。

要实现电子琴的能弹能响，我们分析出，音乐的音阶就是将一定频率的脉冲输入到蜂鸣器，而音乐的节拍，就是定时，就是让蜂鸣器能开始工作能结束工作。

弹奏则可以通过实验箱的8279键盘来实现，不同的键盘就相当于电子琴不同的琴键。

通过按不同的键调用不同的子程序，使之发出不同的音阶。

要实现可存储，则要利用实验箱的寄存器，通过编程预先存储一段乐曲，设定一个按键为播放键，按下之后调用寄存器中的音乐子程序，来达到演奏预先存储乐曲的目的。

3.任务分工与合作一个好的团队是完成工作的前提，团队之间需要共同合作，而分工也是更好地完成工作的前提。

这次设计我们小组先经过协商完成功能分析、总体硬件规划、程序总体设计，然后小组成员的分工如下：✧共同进行需求分析，讨论电子琴要实现的功能，讨论总体方案和实现方法。

✧魏佳同学负责相关音乐资料的搜集（包括乐理，乐谱等），8253初值的计算，相关8253和74LS138 I/O输出的程序编写。

预置音乐子程序的编写。

✧丁小芳同学负责8279资料的搜集，键盘键值的确认，8279相关程序的编写。

电路图的绘制，硬件的连线，高中低音转换程序的编写。

✧共同进行源程序的测试、编译和修改。

✧共同进行实验报告的编写和修改（包括相关流程图的绘制）。

4.总体方案与说明4.1总体方案利用实验箱上的74LS138 I/O输出、8279、8253、键盘、扬声器及LED 七段译码等芯片设备，通过正确的连线和编程，实现电子琴的功能。

利用8253产生一定频率和持续时间的信号，不同频率的脉冲送到音响设备从而发出不同的音节。

根据键盘按下的键让对应的琴键发生变化，改变脉冲频率和脉冲持续时间使扬声器发出音调。

预先存放1首曲子，按下播放键则演奏出相应的曲子。

4.2电路原理图与说明4.2.1电路原理图图4.1 电路原理图说明：8253的控制口地址为203H，通道0地址为200H，CLK0连接2MHz，OUT0连接扬声器，8279的控制口地址为212H，数据口地址为210H，8279内部与PC机键盘已连接。

4.2.2实物连接图图4.2 实物连接图4.2.3键盘示意按键说明：1——dou音 2——ruai音 3——mi音4——fa音 5——sao音 6——la音7——xi音 A——低音转换键 B——中音转换键C——高音转换键 D——放音键4.3功能模块图图4.4 功能模块图4.4实验原理使用8279芯片的键盘控制器，通过查看寄存器，读出分别按下不同的键时对应的寄存器值（这里只给出当按下1---7和A、B、C、D键的寄存器值，如表4.1）。

当某一时刻按下一个键的时，可以通过和各键的寄存器值比较来判断按下键。

又每个音阶都有一个确定的频率（如表4.2）可以通过各音阶的对应频率值为8253赋初值，然后输出到音响设备，以产生相应音阶的发音。

在发音过程中，可分别为8253的GATE0端输入0和1来控制开始发音和停止发音。

5.硬件框图与说明5.1 8279芯片介绍5.1.1 8279功能介绍8279 是可编程的键盘、显示接口芯片。

它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。

8279内部有键盘 FIFO （先进先出堆栈） /传感器，双重功能的 8*8=64B RAM，键盘控制部分可控制 8*8=64 个按键或 8*8 阵列方式的传感器。

该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。

显示 RAM容量为 16*8，最大配置可达 16 位 LED数码显示。

图5.1 8279芯片管脚图5.1.2 8279内部结构图5.2 8279内部结构图5.1.3 8279管脚简介（1）数据线DB0→DB7 是双向三态数据总线，在接口电路中与系统数据总线相连，用以传送 CPU 和8279 之间的数据和命令。

（2）地址线CS=0 选中8279，当 A0=1 时，为命令字及状态字地址；当A0=0 时，为片内数据地址，故 8279芯片占用 2个端口地址。

（3）控制线CLK：8279 的时钟输入线。

IRQ：中断请求输出线，高电平有效。

/RD、/WR：读、写输入控制线。

SL0---SL3：扫描输出线，用来作为扫描键盘和显示的代码输出或直接输出线。

RL0---RL7：回复输入线，它们是键盘或传感器矩阵的信号输入线。

SHIFT：来自外部键盘或传感器矩阵的输入信号，它是 8279 键盘数据的次高位即 D6 位的状态，该位状态控制键盘上/下档功能。

在传感器方式和选通方式中，该引脚无用。

CNTL/S：控制/选通输入线，高电平有效。

键盘方式时，键盘数据最高位（D7）的信号输入到该引脚，以扩充键功能；选通方式时，当该引脚信号上升沿到时，把 RL0---RL7 的数据存入 FIFO RAM 中。

OUTA0---OUTA3：通常作为显示信号的高 4 位输出线。

OUTB0---OUTB3：通常作为显示信号的低 4 位输出线。

/BD：显示熄灭输出线，低电平有效。

当/BD=0 时将显示全熄灭。

5.1.4 8279的工作方式8279 有三种工作方式：键盘方式、显示方式和传感器方式。

（1）键盘工作方式8279 在键盘工作方式时，可设置为双键互锁方式和 N 键循回方式。

双键互锁方式：若有两个或多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个被释放的键，并把该键值送入 FIFO RAM中。

N 键循回方式：一次按下任意个键均可被识别，按键值按扫描次序被送入FIFO RAM 中。