计算机电子琴软件软件设计

课程设计任务书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；3EDIT等文本编辑器输入80X86汇编程序，MASM50编译及链接程序。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I1设计任务和思路111设计任务112设计思路12更件部分工作原理2218255工作原理2228253工作原理23程序流程图431主程序流程图432演奏子程序流程533音乐播放子程序流程634弹奏子程序流程图635发音子程序流程图74各部分功能实现说明741发音部分功能实现742变调功能的实现843弹奏功能的实现844演奏功能的实现9441歌曲选择功能实现9442音乐播放功能实现95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机内扬声器的控制电路，接着介绍了相关接口芯片8255和8253的内部结构和工作原理，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11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18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。12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机内扬声器的发声规律，按下相应的按键后，扬声器能发出指定频率的声音。PC机内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1PC机内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各音符频率表音符1234567频率低131147165175196220247频率中262294330349392440494频率高5245886606987848809888255APB1PB0CLK28253GATE2OUT2读入B口数据ORAL,03H将PB0和PB1置1OUT61H,AL将设置好的数据送回B口关扬声器程序段INAL,61H读入B口数据8253初始化开扬声器延时关扬声器返回ANDAL,0FCH将PB0和PB1置0OUT61H,A将设置好的数据送回B口42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119318MHZ1234DCH，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，具体程序如下。CMPAL,D；为D则选择低音JNEJ1MOVNUM2,50JMPCHOICEJ1CMPAL,Z；为Z则选择中音JNEJ2MOVNUM2,12HJMPCHOICEJ2CMPAL,G；为G则选择高音JNELOOP0MOVNUM2,06H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MOVAX,NUM1MOVDX,NUM2DIV音符频率通过这样的设置，即可实现电子琴的变调功能。43弹奏功能的实现当按键为数字18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SUBAL,31H求偏移量SHLAL,1MOVBL,AL保存偏移量MOVBH,0MOVAX,NUM1计算计数初值MOVDX,NUM2DIVWORDPTRTABBXMOVBX,AX保存计数初值43演奏功能的实现431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LOOP2MOVDX,OFFSETMESG1显示输入提示信息MOVAH,09HINT21HMOVAH,07H；从键盘读入一个字符INT21HCMPAL,Q；为Q则退出JECHOICECMPAL,1；为1则选择歌曲1JNENEXT1CALLMUSIC1JMPLOOP3NEXT1CMPAL,2；为2则选择歌曲2JNELOOP2；不为Q，1,2则重新选择CALLMUSIC2LOOP3MOVDX,OFFSETMESG2；播放完后显示输入提示信息MOVAH,09HINT21HMOVAH,7；从键盘读入一个字符INT21HCMPAL,Q；为Q则返回JECHOICECMPAL,C；为C则继续播放JELOOP2JMPLOOP3432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。MOVCL,0；将计数器清零ADINCCL；计数器值自增1CMPCL,31；计数器值若大于歌曲长度，则返回JERETURNMOVAL,CLSUBAL,1；求偏移量SHLAL,1MOVBL,AL；保存偏移量MOVBH,0MOVAX,NUM1；计算计数初值MOVDX,NUM2DIVWORDPTRSONG2BXMOVBX,AXCALLSPEAKER；调用发音子程序JMPAD5程序运行结果运行程序后，显示如下界面,等待输入字符。图11程序运行结果图1按提示输入字符，按Q则退出，按D选择低音，按Z选择中音，按G选择高音，选择音调后，显示如下界面图12程序运行结果图2等待输入字符，按Q则退出，按P则演奏，按数字18则弹奏。按下P后，程序运行如下图13程序运行结果图3按提示输入字符，按下Q则返回，按下1或2进行歌曲选择，歌曲播放完后程序运行如下图14程序运行结果图4按提示按下键盘，若按下Q，则推出，若按下C，则继续播放歌曲。下面是按下C后的运行结果图15程序运行结果图5结束语通过这次课程设计,我从中学到了许多从课本上学不到的东西,锻炼了自己编程的能力,最后程序运行时能够实现目标，我感到很有成就感，从中也获得了很多乐趣，当然，最重要的是加深了我对课本理论知识的理解。当刚看到这个课设题目时，我感到无从下手，因为我都不知道PC机的内部具体结构，从理论课上只是了解了CPU的结构和工作原理，以及几个接口芯片的工作原理，还有汇编语言的一些基本指令。但我没有被吓到，我冷静下来思考后，发现其本质就是控制PC机内扬声器的发音，通过查阅资料我了解了PC机内扬声器的电路连接形式，发现它是由接口芯片8255和8253共同控制的，8255的PB0作为8253通道2的门信号，而8255的PB1和8253通道2的输出相与后的信号作为扬声器的驱动信号，了解了其内部接线方式后，思路也就有了，要想让扬声器发声，8255的PB0和PB1必须同时为高电平，其中之一为低电平时，扬声器就不能发声，而发声的音调则可通过改变8253的计数初值来实现，接下来的任务就是通过编程来控制8255和8253，从而间接地控制扬声器的发声规律，而8255和8253这两个接口芯片在理论课上都已介绍过，对其工作原理和编程方法都有一定的了解，看到这些熟悉的内容时，我淡定了很多。有了思路之后，我并没有急着写程序，因为我怀疑是不是每台PC机的扬声器接线方式都是这样的，所以我开始只编了一段控制扬声器发音的程序，来看看程序运行时扬声器到底发不发音，结果发声了，这让我很惊喜，也很有动力，更加激发了我的兴趣，接下来我就开始编写实现指定功能的程序了，首先是最简单的弹奏功能，通过对按键的判断来发出相应频率的声音，因为要判断按键，所以很自然地就想到了CMP指令，在计算计数初值时，因为要用到相应音符的频率，所以需要将按键转换为音符的频率，我开始想用课本上常见的XLAT换码指令，但AL存放的数最大为128，很明显容量不够，于是我采用了基址变址的寻址方法，在编程的过程中，由于要程序实现多个功能，所以用子程序的结构会比较方便，需要完成某个功能时，只需调用相应子程序就可以了，这样会使得程序的结构清楚明了；在开扬声器和关扬声器之间需要一定的延时，当把计数器置为0FFFFH时，延时还是显得太短，于是延时我采用了AX和CX相配合的方式，使得延时达到预期的目的；在完成基本功能后，我还试着加上一些附加功能，比如变调，录音，通过我的不断尝试，终于把变调功能实现了，但录音功能没能像预期的那样。总之，这次课程设计让我学到了许多从课本上学不到的知识，加深了对理论知识的理解，激发了我对汇编语言的兴趣。上理论课时，只是老师讲，我们听，那些指令让我感到很枯燥，因为不知道它到底有什么作用，而这次课程设计刚好把这些指令应用到了实际中来，加深了对各种指令功能的理解，最后功能实现时，感到很有成就感，觉得汇编语言很神奇，激发了我对它的兴趣。参考文献1彭虎，周佩玲微机原理与接口技术（第二版）电子工业出版社,20102陈慧杰计算机扬声器发声的控制内蒙古民族大学出版社，20013PETERABEL著，沈美明等译IBMPC汇编语言设计程序人民邮电出版社，20024冯继超微机原理实验指导书武汉理工大学出版社，2010附录程序清单DATASEGMENTMESGDBPRESSQTOQUIT,PRESSDORZORHTOCHOSEYINDIAO,0AH,0DH,MESG1DBPRESSQTORETURN,PRESS1OR2TOCHOSEMUSIC,0AH,0DH,MESG2DBPRESSQTORETURN,PRESSCTOCONTINUE,0AH,0DH,MESG3DBPRESSQTORETURN,PRESSPTOPLAYMUSIC,PRESS18TOHANDPLAY,0AH,0DH,NUM1DW34DCHNUM2DW12HTABDW262,294,330,347,392,440,494,524SONG1DW262,294,330,262,262,294,330,262DW330,347,392,330,347,392,392,440DW392,347,330,262,392,440,392,347DW330,262,392,262,392,392,262,392两只老虎SONG2DW330,330,347,392,392,347,330,294DW262,262,294,330,330,294,294,330DW330,347,392,392,347,330,294,262DW262,294,330,294,262,262欢乐颂DATAENDSCODESEGMENTASSUMECSCODE,DSDATASTARTMOVAX,DATAMOVDS,AXLOOP0MOVDX,OFFSETMESG；显示输入提示信息MOVAH,09HINT21LOOP1MOVAH,07H；读入字符INT21HCMPAL,Q；为Q则退出JEDONECMPAL,D；为D，选择低音JNEJ1MOVNUM2,50JMPCHOICEJ1CMPAL,Z；为Z选择中音JNEJ2MOVNUM2,12HJMPCHOICEJ2CMPAL,G；为G选择高音JNELOOP0MOVNUM2,06HCHOICEMOVDX,OFFSETMESG3MOVAH,09HINT21HPUT1MOVAH,07HINT21HCMPAL,Q；为Q则返回JELOOP0CMPAL,P；为P选择演奏JNENEXTCALLPLAYJMPPUT1NEXTCMPAL,1；为18，选择弹奏JLLOOP1CMPAL,8JGPUT1CALLHANDJMPPUT1HANDPROCNEAR；弹奏子程序SUBAL,31HSHLAL,1MOVBL,ALMOVBH,0MOVAX,NUM1MOVDX,NUM2DIVWORDPTRTABBXMOVBX,AXCALLSPEAKERRETHANDENDPPLAYPROCNEAR；演奏子程序LOOP2MOVDX,OFFSETMESG1MOVAH,09HINT21HMOVAH,07H；读入字符INT21HCMPAL,Q；为Q则返回JECHOICECMPAL,1；为1，播放歌曲1JNENEXT1CALLMUSIC1JMPLOOP3NEXT1CMPAL,2；为2，播放歌曲2JNELOOP2CALLMUSIC2LOOP3MOVDX,OFFSETMESG2MOVAH,09HINT21HMOVAH,7；读入字符INT21HCMPAL,Q；为Q则退出JECHOICECMPAL,C；为C则继续JELOOP2JMPLOOP3RETPLAYENDPMUSIC1PROCNEAR；音乐1播放子程序MOVCL,0ADINCCLCMPCL,33JERETURNMOVAL,CLSUBAL,1；取偏移量SHLAL,1MOVBL,AL；保存偏移量MOVBH,0MOVAX,NUM1；计算计数初值MOVDX,NUM2DIVWORDPTRSONG1BXMOVBX,AXCALLSPEAKERJMPADRETURNRETMU