微机原理课程设计-数字录音机的设计与实现.doc

郑州科技学院微机原理与接口技术课程设计题 目 数字录音机的设计与实现目 录1引言12 设计方案与论证22.1设计方案2 2.2设计的论证23 设计原理及功能说明 34 调试与结果测试105 总结 12参考文献14附录1：总体电路原理图15附录2：元器件清单161引言 通过实验掌握计数器/定时器8253和并行输入输出8255的基本工作原理和编程使用方法；进一步掌握a/d转换器与d/a转换器的使用方法； 了解录音机的基本工作原理，掌握其内部连接方式。本次课程设计的主题研究思想是利用微机原理与接口技术知识,掌握数字录音技术的基本原理.利用8253芯片,8255芯片,adc0809芯片和dac0832芯片实现电信号与数据信号的转换.8253设置成方式0,记数为200个,利用pa0查询电平变化,控制录音和放音时间.达到数字录音的目的.可广泛应用于数字录音领域.因此它具有一定的实用价值和开发价值。数字录音机有一定的市场前景和研究领域。微机原理和接口技术是一门实践性强的学科，其中很多的原量、规则、现象等仅仅靠学习教科书是无法完全掌握的，必须通过实践才能比较直观和深刻的理解。在进行毕业设计的过程中，可以让学生体验分析问题、提出解决方案、通过编程等手段实现解决方案、不断调试最终达到设计要求的全过程，从而帮助学生系统地掌握微机原理的接口技术的相关知识，达到将知识融会贯通的目的。 主要特点： 微结微机原理和接口技术教材的重点内容编写，涵盖课程的主要知识点，具有通用性，适合开设计课程的不同学校采用。 对课程设计的原理有比较详细的描述，课程设计的步骤循序渐进，便于学生独立完成课程设计。2 设计方案与论证设计方案及论证如下: 本课题设计可采用单独的硬件设计，也可以软件与硬件结合设计；后者的设 计方案较为合适,能够达到微机原理与接口技术的目的。 单独使用硬件来完成此设计，所使用的硬件材料较多，且不便于调试，而且 设计复杂，相对于用软件和硬件想结合而言，后者较为合适。 由于我们上一期学的课程是微机原理与接口技术课程，掌握了一定的微机原 理与接口技术知识；所以此设计采用硬件与软件结合设计，配合通用微机接口实验系统实验箱实现此设计及此设计功能，与此同时也可以对此门课程加深理解和巩固。为以后的学习和工作打下良好的基础。闪速处理器km29n32000数字信号处理器adsp-2181a/d和d/a转换器ad73311语音输入 语音输出 lcd显示器 图2-1数字录音机设计框图3设计原理及功能说明3.1 设计原理 图3-1单片机控制电路原理图 将传感器（话筒）接t2，由话筒传入语音电信号，把代表语音的电信号传送给adc0809。a/d转换芯片通道2（in2），片选信号cs低电平有效接微机通用实验系统箱地址298h,由298h地址信号控制,低电平表示adc0809芯片被选中. 利用可编程定时/计数器8253，由clk0计数时钟，输入时钟频率1mhz，再由gate0门控信号接+5v，通过gate0端控制计数器的启动计数和停止计数操作；cs片选信号接实验箱地址280h；同理,cs低电平有效,若280h为低电平,表示8253芯片被选中.out0接pa0；时间到或者计数结束输出引脚，将8253设置成方式0。计数值为200（定时0.2ms）。 再利用8255pa0查询out0电平，高电平表示定时时间到，cs片选信号接实验箱288h，由它输入。d/a转换器的输出端下接喇叭。cs片选信号接地址292h。 总体思想为：以每秒钟5000次的速率（以8253作为定时）in2采集输入的语言数据并存入内存。共采集60000个数据（录12秒钟），然后以同样的速率将数据送入dac0832使喇叭发声（放音），达到数字录音、放音的效果。3.2 设计功能说明 （ 1）主程序主程序的主要任务是对8253、8255a进行初始化，实现录、放音的功能调用。8253初始化设置8253在程序中设置成方式0，计数200，定时0.2ms 8253工作方式控制字：10000000b，即10h；选择通道0，方式0，只读写的、低8位设8253输入时钟信号的频率为 1mhz计数初值=0.2 ms/0.001ms=200控制字端口地址为：81h计数器0端口地址为：80h8255a初始化设置8255a控制字：10010000b，即90h；方式0，a口输入控制字端口地址为：85ha口地址为：84h调用录、放音子程序首先dos功能调用，显示录音提示信息，然后bios功能调用，读键盘缓冲区字符，等待键盘输入，若无键按下，继续等待；有键按下，则调用录音子程序，录音12秒。清除键盘缓冲区后，再进行放音子程序的调用。（2）a/d录放音子程序根据设计要求，adc0809要以每秒5000的速率采集语音数据，录音12秒，因此共需采集500012=60000个数据，计数器cx=60000。选择in0通道进行数据采集（d2=0、d1=0、d0=0），寻址a/d转换启动端口地址，cpu向in0通道执行一条输出指令，启动一次a/d转换。寻址eoc状态端口地址，读取eoc状态，测试转换是否结束，未完则继续等待，转换完成后，则寻址adc0809转换结果端口，cpu执行一条输入指令，取a/d转换结果。a/d转换启动端口地址：8ch转换结果端口地址：90heoc状态端口地址：94h（3）d/a放音子程序置数据区首址至si，计数器cx=60000。从数据区取数据，寻址dac端口地址，cpu执行一条输出指令，进行d/a转换。dac端口地址为：88h（4）延时子程序delay是延时0.2 ms的子程序 将8253计数器0的out0输入到8255a端口，测试pa0是否为1，若不为1，则表示8253未计数完，继续查询，如果为1，则表示8253计数完成，定时时间到。 开始8253、8255a初始化显示录音提示信息等待键盘输入有键按下吗？调用录音子程序显示录音提示信息等待键盘输入序有键按下吗？调用收音子程序是空格吗？返回dosnynnyy图3-2主程序流程图开始置数据区首地址至d1置循环初值cx=60000启动a/d转换测试转换是否结束？读eoc状态读取转换结果存数据区寻址下一单元序延时0.2ms循环结束吗？结束dosnyny图3-3 录音子程序流程图开始置数据区首地址至d1置循环初值cx=60000从数据区取数据寻址dacs1加1延时0.2ms循环结束吗？子程序返回dosny发送到dac进行d/a转换并输出图3-4放音子程序流程图设置8253为方式0计数200查询8255a的a口pa0为1吗？子程序返回dosny图3-5延时子程序4 调试与结果测试4.1 硬件的调试 接好实验箱,检查芯片和导线是否完整,具体连接情况如下: 8255：cs8255接地址译码y1， pa0接8253的out0。 8253：cs8253接地址译码y0， clk0接1mhz脉冲， gate0接vcc。 dac0832：cs0832接地址译码y2， ub接speakinput。 adc0809：cs0809接地址译码y3， clk接1mhz脉冲， in2接micoutput。4.2 硬件的调试 运行结果： 运行程序，打开开关k0或按下键盘上任一键，显示“record.”开始录音，录音结束后自动播放，显示“play”。播放过程，可以用k2控制停止，k3控制重放；幅度和放音增益由开关（k4、k5、k6）指定。并且可以实现在88双色点阵显示器上显示录音和放音的粗略波形，红色为放音，绿色为录音。 程序调试过程中遇到的问题及解决方法 在调试过程中，出现缺少提示信息的栏目，导致在运行过程中不知道何时开始录音，何时开始放音，如何设置重播音。发现问题后，马上增加白提示信息，使程序在运行过程中更加流畅，操作更加简单。7 总结 微机原理和接口技术是一门实践性强的学科，其中很多的原量、规则、现象等仅仅靠学习教科书是无法完全掌握的，必须通过实践才能比较直观和深刻的理解。在进行课题设计的过程中，可以让学生体验分析问题、提出解决方案、通过编程等手段实现解决方案、不断调试最终达到设计要求的全过程，从而帮助学生系统地掌握微机原理的接口技术的相关知识，达到将知识融会贯通的目的。 主要特点： 微结微机原理和接口技术教材的重点内容编写，涵盖课程的主要知识点，具有通用性，适合开设计课程的不同学校采用。 对课程设计的原理有比较详细的描述，课程设计的步骤循序渐进，便于学生独立完成课程设计。 实例丰富，既有小型的适合一个学生独立完成的项目，也有比较大型的适合团队完成的项目，不仅可以培养学生的动手能力，也有助于培养学生的团队意识。这次课程设计的主题研究思想是利用微机原理与接口技术知识,掌握数字录音技术的基本原理本。实验从硬件上讲共有四个工作芯片，0809和0832负责信号数模模数转换，8253是定时用的，8255则是读取开关状态，从而决定工作状态的，从软件上讲，共有录音和放音两个主要子程序，这两个程序每执行一次调用一次显示程序，显示声信号的波形。通过综合设计实验，我们巩固了很多器件的使用方法，进一步熟悉了试验箱的硬件结构和汇编的调试方法。在本实验中，充分利用学过的汇编语言程序设计能力，在了解了数字录音技术的基本原理后，通过对a/d转换器与d/a转换器的使用，以及利用8253和8255芯片实现延时功能，成功完成了数字录音机的设计。测试实验结果时，成功实现了12s的录音及放音，达到设计要求。在本次数字录音机设计中，实现功能有12s录音功能、放音功能、重复放音功能。课程设计使我们了解到数字录音技术的基本原理，进一步掌握a/d转换器和d/a转换器的使用方法，并巩固和加深了汇编语言程序设计的能力。参考文献 1 杨素行.微型计算机系统原理及应用，北京，清华大学出版社，2004年 2 刘树中.孙书膺，王春平.单片机和液晶显示驱动器串行接口的实现j.微计算机信息，2007 3 李广弟.单片机基础m。北京：北京航天航空大学出版社，2001 4 杨振江.智能仪器与数据采集系统的新器件及应用m。西安：西安电子科技大学出版社，2001 5 彭介华.电子技术课程设计指导j.北京:高等教育出版社,1997. 6葛纫秋.实用微机接口技术.高等教育出版社.2007 7何超.微型计算机原理及应用.中国水利水电出版社.2007 8田艾平.微型计算机技术.清华大学出版社.2005 9郑岚,王洪海.微机原理与接口技术.北京理工大学出版社.2012附录1：总体电路原理图 附录2：元器件清单 1:adc0809芯片 一块. 2:dac0832芯片 一块. 3:8253芯片 一块. 4:8255芯片 一块 5:通用微机接口实验系统实验箱 一个. 6:导线若干. 7:电脑 一台.附：调试程序代码 asm程序：data segmentioportequ 01400h-0280hluportequ ioport+29ah ;录音口地址fangportequ ioport+290h ;放音口地址io8253aequ ioport+283hio8253bequ ioport+280hio8255cequ ioport+28bhio8255dequ ioport+288hdata_qu db 60000 dup(?) ;录音数据存放数据区news_1 db press any key to record:,24h ;录音提示news_2 db 0dh,0ah, playing:,24h ;放音提示data endscode segmentassume cs:code,ds:data,es:databegin:mov ax,data ;初始化 mov ds,ax mov es,ax mov dx,offset news_1 ;显示录音提示 mov ah,9 int 21htest_1: mov ah,1 ;等待键盘输入 int 16h jz test_1 ;若不是则循环等待 call lu ;调用录音子程序 mov dx,offset news_2 ;显示放音提示 mov ah,9 int 21hfy: call fang ;调用放音子程序 mov ax,0c07h int 21h cmp al,20h jz fy mov ah,4ch ;返回dos int 21hlu proc near ;录音子程序 mov di,offset data_qu ;置数据区首地址为di mov cx,60000 ;录60000个数据 cldxunhuan:mov dx,luport ;启动a/dout dx,alcall delay ;延时in al,dx ;从a/d读数据到alstosb ;存入数据区,使di加1loop xunhuan ;循环ret ;子程序返回lu endpfang proc near ;放音子程序 mov cx,60000 ;放60000个数据 mov si,offset data_qu ;置数据区首地址为si cldfang_yin:mov dx,fangport lodsb ;从数据区取出数据 sub al,30h out dx,al ;放音 call delay ;延时 loop fang_yin ;循环 ret ;子程序返回fang endpdelay procnear ;延时子程序pushdxmoval,10h ;设8253通道0工作方式0movdx,io8253aoutdx,almoval,200 ;写入计数器初值200movdx,io8253boutdx,almovdx,io8255c ;设8255的a口为输入moval,9bhoutdx,almovdx,io8255d ;从8255的a口输入delay1:inal,dxandal,1 ;判断pa0是否为1jzdelay1 ;若pa0不为1,转de_laypopdxret ;子程序返回delay endpcode endsend begincpp程序：#include#include#include apiex.h#pragma comment(lib,apiex.lib)void lu();/*录音函数*/void fang();/*放音函数*/void de_lay();/*延时函数*/int i;byte *ii;void main()printf(-exp22_13_lyj-n);printf(1. mic = j2n);printf(2. i/o (298-29f) = 0809 (cs)n);printf(3. (jump 2 to 3) of jp2n);printf(4. speaker = j1n);printf(5. i/o (290-297) = 0832 (cs)n);printf(6. 8253 (clk0) = (1mhz) or (2mhz)n);printf(7. tpc (+5v) = 8253 (gate0)n);printf(8. 8253 (out0) = 8255 (pa0)n);printf(9. i/o (280-287) = 8253 (cs)n);printf(10. i/o (288-28f) = 8255 (cs)n);printf(press any key to begin!nn);getch();if(!startup()/*打开设备*/printf(error: open device error!n);return;ii = (byte *)malloc(60000);/*分配空间用于存放录音数据*/if(!ii)printf(no me