音乐演奏程序设计

1、信息与电气工程学院电子信息工程CDIO一级项目（2013/2014学年第一学期）题 目 ： 音乐演奏程序设计 专业班级 ： xxxxxxxxxxxxxxxxx 学生姓名 ： xxxxxxx 学 号： xxxxxxxxx 指导教师 ： xxxxxxx 设计周数 ： 设计成绩 ： 2013年 12月28日1、 项目设计目的1.1掌握接口电路的应用和设计技术。1.2掌握汇编语言的设计思路。1.3掌握8086的控制流程，以及8255和8253芯片的功能。1.4用汇编程序完成键控音乐播放器,用8253定时器来产生声音。1.5使学生能够较全面地巩固和应用课堂中所学的基本理论和程序设计方法，能够较熟练地完成

2、汇编语言程序的设计和调试。2、 项目设计正文2.1设计内容要求完成一个音乐程序，即通过按下键盘上某个按键就可以按预先设定的程序播放音乐或者终止程序。比如：按大写字母“1”，唱乐曲“沂蒙山小调”；按大写字母“2”，唱乐曲“生日快乐”按大写字母“3”，唱乐曲“棉花糖”；按4键，退出。并且可以重复操作。2.2总体设计思路 在IBM-PC/XT机中都带有8253-5定时/计数器，IBM-PC/AT中带有8254定时/计数器，这两种芯片功能十分类似。本文通过对8253-5定时/计数器芯片的操作实现音乐演奏。该声音接口通过汇编语言对8253-5的端口直接进行操作，可以不必要过多的使用BIOS的调用和DOS

3、的调用。计数器芯片有3个通道，各自具有专用功能。通道0时系统的始终节拍计时器，通道1专用于产生动态RAM的定时刷新信号，通道2用来控制计算机的扬声器的声音频率。该音乐演奏主要用到通道2的功能，使通道2工作在“方波发生器”方式，产生相应频率的音调送至喇叭驱动电路，使喇叭发出不同音调的声音。使用8255A的PB0控制通道2的计数，PB1控制通道2的输出对扬声器产生控制的时间。人机交互包括屏幕显示提示语以及人工输入相应参数，主要应用到BIOS的10H号中断调用以及DOS的21H号中断调用。BIOS的10H号中断调用用于显示器驱动，设置显示模式和光标位置；DOS的21H号中断调用用于单字符输入以及多字

4、符输出显示。音乐演奏实现的一个主要步骤是乐谱编程。通过相应的频率表将乐谱中对应的音符转化为计数器的计数初值，节奏通过延时程序转化为对喇叭发音时间的控制，从而实现音符和节拍的数字化。2.3流程图2.3.1主程序流程图图2-1 系统流程图开始显示提示信息接收键盘输入是“4”?是“1”?是“3”?是“2”?退出程序跳转到相应音乐播放程序调用MUSIC，播放音乐显示错误提示调用清屏程序是是是是否否否否 图2-1 主程序流程图2.3.2 MUSIC子程序流程图主程序调用返回主程序指向下一个数据调用GENSOUND频率值是“-1”？装入音符频率值寄存器入栈 y n 图2-2 MUSIC子程序流程图2.4通

5、用发声程序设计原理PC机发声系统以8254的2号计数器为核心。系统初始化时，2号计数器I作在“方波发生器”方式，初值为二进制数，写入顺序为先低后高，CLK2为1.193182MHz，当计数初值为533H时，OUT2输出的方波大约为900Hz，经过简单的滤波之后，送至扬声器。改变1.4号计数器的计数初值就可以使扬声器发出不同频率的音响。ROM BIOS 中有个BEEP子程序,这能根据BL中组出的时间计数值控制8254定时器,产生持续时间为1个或几个0.5秒,频率为896HZ的声音，我们可以利用并修改BEEP，使其产生任一频率的声音。为此我们需要做两点修改，首先，BEEP程序只能产生896HZ的声

6、音，我们的通用发声程序应能产生任一频率的声音。其次，BEEP产生声音的持续时间（音长）只能是0.5秒的倍数，我们希望声音的持续时间更易于调整，例如可以是10ms的倍数。我们知道BEEP能将计数值533H送给定时器2产生896HZ的声音的，那么产生其它频率声音的时间计数值应为：533H896给定频率=123280H给定频率发声程序包括3个步骤： （1）在8253中的42端口送一个控制字0B6H（10110110B），该控制字对定时器2进行初始化，使定时器2准备接收计数初值。 （2）在8253中的42H端口(Timer2)装入一个16位的计数值（533H895/频率），以建立将要产生的声音频率。

7、（3）把输出端口61H的PB0、PB1两位置1，发出声音。 对于发音部分。PC机上的大多数输入/输出（I/O）都是由主板上的8255（或8255A）可编程序外围接口芯片（PPI）管理的。PPI包括3个8位寄存器，两个用于输入功能，一个用于输出功能。输入寄存器分配的I/O端口号为60H和62H，输出寄存器分配的I/O端口号为61H。由PPI输出寄存器中的0、1两位来选择扬声器的驱动方式。连接到扬声器上的是定时器2，从上图可以看到，GATE2与端口61H的PB0相连，当PB0=1时，GATE2获得高电平，使定时器2可以在模式3（方波）下工作。定时器2的OUT2与端口61H的PB1通过一个与门与扬声

8、器的驱动电路相连。当PB1=1时，允许OUT2的输出信号到达扬声器电路。因此，只有PB0和PB1同时为“1”时，才能驱动扬声器地声。通过以下指令实现： IN AL，61H OR AL，3 OUT 61H，AL 上面的指令用以打开扬声器，如要关闭扬声器时则为： AND AL，0FCH OUT 61H，AL 当从8255中采集到输入的数据时，需要确定相应的频率，所以在软件编程时要建立一个数据表： TABLE DW 493，440，392，349，329，293，261 把相应的频率送到一个寄存器上，通过公式： 计数值=533H896 f=1234DCH f 算出计数值，再把算得的计数值送给8253

9、，就可产生所要频率的方波。在把计数值送8253前，必须先把8253进行初始化： MOV AL，0B6H OUT 43H，AL 使其选用通道2，工作在方式3下。 就整个电路而言，接好电路后，通过软件编程不断地采集从8255口中输入的信号，而8个开关都接在8255的A口上，只要有开关按下，就会采集到一个数据，根据这个数据与事先编好的表对应，得到一个计数值，把这个计数值送给8253的通道2，8253的通道2工作的方式3下，这样就可以产生满足频率要求的发声方波。这个方波经驱动放大就可以使扬声器发出相应的声音。 所以8255在这里完成两个任务，它不仅从A口中采集到数据，而且B口的PB1和PB0两个位要控

10、制发声。8253的主要任务就是产生所要求发声的不同频率的方波。2.5乐曲编辑乐曲是按照一定的高低、长短和强弱关系组成的音调，在每一首乐曲中，每个音符的音高和音长与发声系统中的频率、节拍有关。可参考下表：音符 频率/HZ 半周期/us音符频率/HZ半周期/us低1DO2621908 #4FA#7400676#1DO#2771805中5SO7840638低2RE2941700#5SO#8310602#2RE#3111608中6LA8800568低3M3301516#6LA#9320536低4FA3491433中7SI9880506#4FA#3701350高1DO10460478低5SO392127

11、6#DO#11090451#5SO#4151205高2RE11750426低6LA4401136#2RE#12450402#6LA#4661072高3M13180372低7SI4941012高4FA13970358中1DO5230956#4FA#14800338#1DO#5540903高5SO15680319中2RE5780842#5S0#16610292#2RE#6220804高6LA17600284中3M6590759#6LA#1865 0268中4FA6980716高7SI197602532.6各个功能的实现 2.6.1显示功能 LEA DX,INFO1 MOV AH,9 INT 21H

12、 LEA DX,INFO2 INT 21H LEA DX,MUSLIST INT 21H LEA DX,INFO3 INT 21H LEA DX,INFO6 INT 21H 在此段代码中，程序显示提示作用的字符串和歌曲列表。2.6.2音乐播放模块 MUSIC1: LEA SI,FREG1 ;将频率表的偏移地址送入SI LEA BP,DS:TIME1 ;将节拍时间表的偏移地址送入BP CALL MUSIC ;调用MUSIC子程序 JMP INPUTMUSIC2: LEA SI,FREG2 LEA BP,DS:TIME2 CALL MUSIC JMP INPUTMUSIC3: LEA SI,FRE

13、G3 LEA BP,DS:TIME3 CALL MUSIC JMP INPUT2.6.3 MUSIC子程序MUSIC PROC NEAR PUSH DS SUB AX,AX ;标志位清零 PUSH AX FREG: MOV DI,SI ;取音符频率，送DI CMP DI,-1 JE END_MUS MOV BX,DS:BP ;取音符持续时间 CALL GENSOUND ;调用GENSOUND发声子程序 ADD SI,2 ;频率表指针增2 ADD BP,2 ;时间表指针增2 JMP FREG ;继续演奏END_MUS: RET MUSIC ENDP 2.6.4音乐发声控制一首乐曲由若干音符组成，

14、一个音符对应一个频率。将与一个频率对应的计数器初值写入2号计数器（端口地址为42H），扬声器就发出相应的音调，计数器初值的计算公式：计数器初值=1193182/输出频率其中，1193182Hz转换成十六进制为12348CH，因此在打开扬声器的条件下，执行下列程序段即可发出与输出频率对应的音调。MOV AL,0B6H ；写入方式控制字OUT 43H,AL ；写入控制端口MOV DX,12H MOV AX,348CH DIV 频率值 ；频率转换成计数初值 OUT 42H,AL ；低8位送2号计数器 MOV AL,AH OUT 42H,AL ；高位送2号计数器 接下来设计发声程序，发声系统受8255

15、A芯片（端口地址为60H-63H）的两根输出线PB0和PB1的控制，PB0输出的高电平使2号计数器正常工作，PB1输出高电平打开输出控制门。发声程序代码如下：IN AL,61H ；读取8255A的PB端口原输出值MOV AH,AL ；将原输出值保存于AH中OR AL,3 ；使PB0、PB1、均为1OUT 61H,AL ；打开GATE2门，输出方波到扬声器2.6.5延时程序利用WAITF子程序能获得任意的时间延时，而不必在考虑CPU的型号和工作频率。具体实现如下：waitf proc near push ax waitf1: in al,61h and al,10h cmp al,ah je w

16、aitf1 mov ah,al loop waitf1 pop ax ret waitf endp2.7程序执行结果初始运行界面 正确输入时的界面输入错误时的界面3收获与体会 通过这次课程设计，我们对各个芯片有了进一步的了解，对各个芯片的功能有了更深刻的认识和体会，平时上课的理论知识只是停留在理论的层面，只有通过了这样的试验才能更好的体会到，做到了理论和实际的相结合，使理论知识真正运用到了实践中去。对微机原理课程的学习,使我们对汇编语言的一些指令、操作有了一定的了解，比如各个段的定义、串操作指令，还有系统中断功能的调用等等。而本次课程设计则是对所学知识的综合应用，我们会写单条语句，但把各种指令

17、综合起来去实现特定的功能需要我们比较强的综合能力。所以这次课程设计对我们所学知识是一个加强巩固的过程。 实验过程中碰到了很多的难题和障碍，我认识到平时基础知识的重要性。只有基础知识过关，才能综合起来应用。此外，课本上学的知识是基础的，我们必须掌握的，也用到一些课本上没有的知识，需要我们自己去查资料，然后自己学习。虽然课程结束了，但是我们还是应该深入地去学习，多进行编程练习，来提高自己的熟练程度 通过本次实验，我充分认识到了，作为一个编程人员，需要十分严谨，时刻注意自己的代码，因为一个小小的错误，比如一个标点符号的错误，都可能导致程序不能执行。还要注意自己代码的简化程度，执行效率等等，因为刚刚接

18、触汇编语言，这方面我做得还不算好，在以后的学习过程中，应该吸取别人代码之中的优秀的地方，把它转化为自己的东西。理论与实际相结合也是非常重要的，只有理论知识是远远不够的，在实践中可能会遇到各种各样的问题，不多经历就无法感受到这一点。要在实践中提高自己的动手能力和解决问题的能力，从而学以致用。4程序源代码DATA SEGMENT INFO1 DB 0DH,0AH, WELCOME TO MY PROGRAMME!$ INFO2 DB 0DH,0AH, THERE ARE 3 SONGS!$ INFO3 DB 0DH,0AH, PLEASE SELECT WHICH ONE TO PLAY!$ IN

19、FO4 DB 0DH,0AH, PRESS ESC TO RETURN TO THE MAIN MENU$ INFO5 DB 0DH,0AH, PLEASE INPUT AGAIN!$ INFO6 DB 0dh,0ah, $INFO7 DB 0DH,0AH, INPUT ERROR!$ MUSLIST DB 0DH,0AH, = DB 0DH,0AH, 1:YI MENG SHAN XIAO DIAO DB 0DH,0AH, 2:HAPPY BIRTHDAY DB 0DH,0AH, 3:MIAN HUA TANG DB 0DH,0AH, 4:EXIT DB 0DH,0AH, =$ ;* 音乐一

20、沂蒙山小调FREG1 DW 294,392,330,294,330 DW 392,330,294,262,294 DW 294,392,294 DW 330,392,330,294,262,220,262 DW 262,330,294,330,196 DW 294,247,220,196,220 DW 262,294,247,220,196 DW 165,196,-1TIME1 DW 40,40,20,20 DW 40,4 DUP(20) DW 60,40,40 DW 40,6 DUP(20),60 DW 40,40,20,20,40 DW 20,20,20,20,60 DW 40,5 DUP

21、(20),60;*音乐二 生日快乐FREG2 DW 196,196,220,196,262,247 DW 196,196,220,196,294,262 DW 196,196,392,330,131,247,220 DW 349,349,330,262,294,262,-1TIME2 DW 15,15,30,30,30,60 DW 15,15,30,30,30,60 DW 15,15,4 DUP(30),60 DW 15,15,30,30,30,30,30 DW 330,349,330,294,262 DW 262,247,220,247,262,294,330,330,349,330,294

22、,262,-1;*音乐三 棉花糖FREG3 DW 196,262,294,330,196,262,294,330,349,392 DW 294,196,247,262,294 DW 262,165,220,247,262,294,330 DW 330,349,330,294,262,-1 TIME3 DW 10,20,20,6 DUP(10),20 DW 4 DUP(10),40 DW 6 DUP(10),20 DW 4 DUP(10),20 DW 4 DUP(10),20 DW 6 DUP(10),20,4 DUP(10),20 DATA ENDS ;*STACK SEGMENT DB 20

23、0 DUP (STACK)STACK ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,SS:STACK,CS:CODE START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV aH, 0 MOV AL,00 INT 10H LEA DX,INFO1 ;显示字符串 MOV AH,9 INT 21H LEA DX,INFO2 INT 21H LEA DX,MUSLIST INT 21H LEA DX,INFO3 INT 21H LEA DX,INFO6 INT 21HINPUT: MOV AH,01H ;从键盘接收字符 INT 21H CMP AL,4 ;比较字符 JE

24、RETU ;是，返回 CMP AL,1 ;与1比较 JE MUSIC1 ;是，播放音乐1 CMP AL,2 JE MUSIC2 CMP AL,3 JE MUSIC3 JMP EXIT EXIT: call clear ;调用清屏子程序 LEA DX,INFO7 ;显示字符串 MOV AH,9 INT 21H LEA DX,INFO5 INT 21H LEA DX,MUSLIST INT 21H LEA DX,INFO3 INT 21H LEA DX,INFO6 INT 21H jmp input ;继续等待输入RETU: ;返回 MOV AH,4CH INT 21H ;*音乐播放MUSIC1:

25、 LEA SI,FREG1 ;将频率表的偏移地址送入SI LEA BP,DS:TIME1 ;将节拍时间表的偏移地址送入BP CALL MUSIC ;调用音乐子程序 JMP INPUTMUSIC2: LEA SI,FREG2 LEA BP,DS:TIME2 CALL MUSIC JMP INPUTMUSIC3: LEA SI,FREG3 LEA BP,DS:TIME3 CALL MUSIC JMP INPUT ;*发声 GENSOUND PROC NEAR PUSH AX ;保护寄存器 PUSH BX PUSH CX PUSH DX PUSH DI MOV AL,0B6H ;写入方式控制字 OU

26、T 43H,AL ;输出到控制端口 MOV DX,12H MOV AX,348ch DIV DI ;得到发声频率 OUT 42H,AL ;发送低字节 MOV AL,AH OUT 42H,AL ;发送高字节 IN AL,61H ;读取8255A的PB端口原输出值 MOV AH,AL ;将原输出值保存于AH中 OR AL,3 ;使PB1、PB0均为1 OUT 61H,AL ;打开GATE2门，输出方波到扬声器WAIT1: MOV CX,3314 call waitf DELAY1: DEC BX ;节拍时间值减1 JNZ WAIT1 MOV AL,AH ;取回AH中的8255A的PB端口原输出值 OUT 61H,AL ;恢复8255A的PB端口