微机原理课程设计 电子琴设计

1、课程设计任务书学生姓名： 郑舟 专业班级： 自动化0808 指导教师： 徐小强 工作单位： 自动化 题 目: 电子琴软件设计初始条件：用汇编语言设计一个电子琴，在屏幕上显示出来，界面要美观，功能上模拟现实电子琴功能。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；还可以附加变调功能。2界面要美观。3撰写符合学校要求的课程设计说明书，内容包括：摘要、目录、正文、参考文献、附录（程序清单）。正文部分包括：设计任务及要求、方案比较及论证、软件设计说明（软件思想，流程，源程

2、序设计及说明等）、程序调试说明和结果分析、课程设计收获及心得体会。时间安排：1. 1月08日-1月10日 查阅资料及方案设计2. 1月11日-1月13日 编程3. 1月14日-1月16日 调试程序4. 1月17日-1月18日 撰写课程设计报告5. 1月19日 上午准备答辩，下午正式答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘 要11 设计任务及要求22 工作原理22.1 8253简介32.28255简介43设计思路43.1程序功能描述43.2程序流程图53.3DOS/BIOS功能调用6INT 16H(键盘I/O中断)6INT 10H(屏幕及显示器中断)73.3.3

3、 INT 21H(DOS系统功能调用)84方案比较及论证85 程序源代码及注释86 运行结果分析117 调试过程记录128 课程设计小结13参考文献14附录15电子琴软件设计摘 要本文通过8255和8253来实现电子琴模拟，主要可以分成两部分，分别为输入部分和发音部分。输入部分主要是由8255和8个常开型开关来完成。发音部分由CUP通过对定时器8253的通道2进行编程，使其I/O寄存器接收一个控制声音频率的16位计数值，端口61H的最低位控制通道2门控的开断，以产生特殊的音响。本文用到的是8253的方式3方波发生器。在程序设计中，为了避免过于频繁的调用中断显示字符串，应用了宏定义；还通过子程序

4、调用，有效的解决了跳转和转移过多的问题；再加上合理的DOS和BIOS功能调用，以及各种指令的综合，最终作出了漂亮的电子琴界面，并实现了电子琴演奏高、中、低音，以及播放预存乐曲的功能。关键词：电子琴 8253定时器 8255 DOS调用 宏定义 1 设计任务及要求初始条件：用汇编语言设计一个电子琴，在屏幕上显示出来，界面要美观，功能上模拟现实电子琴功能。要求完成的主要任务：1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2界面要美观。2 工作原理PC机扬声器电路以及相关接口电路如图2-1。图2-1 PC机扬声器电路及相关接口电路通过8

5、255和8253来实现电子琴模拟，主要可以分成两部分，分别为输入部分和发音部分。输入部分：主要是由8255和8个常开型开关来完成。 发音部分：CUP通过对定时器的通道2进行编程，使其I/O寄存器接收一个控制声音频率的16位计数值，端口61H的最低位控制通道2门控的开断，以产生特殊的音响。 当通道2用于发声时，采用的是方式3，在方式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。从定时器输出的方波信号，经功率放大和滤波后驱动扬声器。送到扬声器的信号还受到了从并行接口芯片8255（端口地址为61H）来的双重控制，端口61H的最低位控制通道2的门控开断，以产生特

6、殊的音频信号，端口61H的PB1位和定时器的输出信号同时作为与门的输入，PB0和PB1位可由程序决定为0还是为1。显然只有PB0和PB1都是1时，才能使扬声器发出声音。控制音长的时间可以简单地通过反复执行指令来得到。2.1 8253简介8253芯片是常用的可编程计数器，在微机中有着极其重要的作用。常用于事件计数器，单稳态触发器，分频器，方波发生器，硬件触发的单脉冲发生器等。计数器/定时器8253包括3个独立的16位计数器通道，而每个计数器都有6种工作方式，可以按二进制或十进制(BCD码)进行计数。本文用到的是8253的方式3方波发生器来实现了简易电子琴的设计。8253的方式控制字如图2-2所示

7、。图2-2 8253的方式控制字8253的工作方式3方波发生器：它的特点是：(1)输出为周期性的方波。若计数值为N，则输出方波的周期是N个CLK脉冲的宽度。(2)写入控制字后，输出将变为高电平，当写入计数初值后，就开始计数，输出仍为高电平；当计数到初值的一半时，输出变为低电平，直至计数到0，输出又变为高电平，重新开始计数。(3)若计数值为偶数，则输出对称方波；如果计数值为奇数，则前（N+1）/2个CLK脉冲期间输出为高电平，后（N-1）/2个CLK脉冲期间输出为低电平。(4)GATE信号能使计数过程重新开始，GATE=1允许计数，GATE=0禁止计数。停止后OUT将立即变高电平，当GATE再次

8、变高以后，计数器将自动装入计数初值，重新开始计数。2.2 8255简介按功能可把8255分为三个逻辑电路部分，即：口电路、总线接口电路和控制逻辑电路。8255共有三个8位口，其中A口和B口是单纯的数据口，供数据I/O使用。而C口则既可以作数据口，又可以作控制口使用，用于实现A口和B口的控制功能。8255A的方式控制字如图2-3所示。图2-3 8255A的方式控制字3设计思路3.1 程序功能描述程序开始，显示电子琴界面和提示信息，对缓存区初始化。按键扫描，接着调用发音子程序把al送缓存区，发出与按键相对应频率的声音，从而实现计算机钢琴功能：键盘按键“q、w、e、r、t、y、u”实现音调的高音输入

9、；键盘按键“a、s、d、f、g、h、j”实现音调的中音输入；键盘按键“z、x、c、v、b、n、m”实现音调的低音输入。不停地对Esc键进行扫描，当Esc键按下时，就退出程序；当按下p时，播放预存音乐；当检测到Enter键时，退出到计算机钢琴演奏状态。3.2 程序流程图程序流程图如图3-1所示。图3-1 程序流程图3.3 DOS/BIOS功能调用DOS操作系统为程序设计者提供了可以直接调用的软中断处理程序，每一个中断处理程序完成一个特定的功能操作。依据编程需要选择适当的处理程序，编程者不需再重新编写程序，而是使用INT n软中断指令。每执行一种不同类型码n的软中断指令，就执行一个中断处理程序，其

10、主要功能如下： (1) 磁盘的读/写控制。 (2)内存管理、文件操作和目录管理。 (3)基本输入/输出（对键盘、打印机和显示器等）控制，另外还有日期、时间管理等。BIOS是固化在只读存储器ROM中的一系列输入/输出服务程序，它存放于内存的高地址区域内，除负责处理系统中的全部内部中断外，还提供对主要I/O接口的控制功能，如键盘、显示器、磁盘、打印、日期与时间等。BIOS采用模块化结构，每个功能模块的入口地址都存于中断向量表中。对这些中断调用是通过软中断指令INT n来实现的，中断指令中的操作数n即为中断类型码。 BIOS的调用方法与DOS系统功能调用方法类似： (1)置功能号于AH中。

11、 (2)置入口参数。 (3)执行INT n 。 (4)分析出口参数及状态。下面介绍程序中将要用到的一下DOS/BIOS功能调用：3.3.1 INT 16H(键盘I/O中断)1. 功能号：00H功能：从键盘读入ASCII字符，放在AL中入口参数：AH=00H2. 功能号：01H功能：测试有无键被按下入口参数：AH=01H3.3.2 INT 10H(屏幕及显示器中断)1. 功能号：00H功能：设置显示模式入口参数：AH=00H  AL=显示模式2. 功能号：02H 功能：用文本坐标下设置光标位置 入口参数： AH02H      

12、;     BH显示页码           DH行(Y坐标)           DL列(X坐标) 3. 功能号：09H 功能：在当前光标处按指定属性显示字符 入口参数：AH09H          AL字符     

13、     BH显示页码          BL属性(文本模式)或颜色(图形模式)          CX重复输出字符的次数 4. 功能号：0BH 功能：设置调色板、背景色或边框 入口参数：AH0BH设置颜色：BH00H，BL颜色选择调色板：BH01H，BL调色板(320×200、4种颜色的图形模式) 。5. 功能号：0CH 功能：写图形象素 入口参数：AH0CH

14、60;         AL象素值          BH页码          (CX、DX)图形坐标列(X)、行(Y) 3.3.3 INT 21H(DOS系统功能调用)功能号：4CH功能：退出系统，返回DOS入口参数：AH=4CH4 方案比较及论证在程序设计的过程中，遇到了很多问题，总结起来有以下几点：问题1：要显示的字符串过多，但又

15、不想重复写代码原因：过于频繁的调用中断显示字符串，导致程序过于庞大和复杂，可读性差。解决办法：解决这种问题的最好方法是直接把显示部分写成子过程，但是子过程在递参数的时候不方便，所以就用宏定义，宏定义可以很方便的传递参数，不仅使得程序美观好看，而且可读性好，程序代码紧凑。问题2：寄存器不够用原因：使用了太多的寄存器，AX、BX、CX、DX。解决办法：使用外部变量定义，定义外部变量的方法为：变量名数据类型 ?问题3：跳转，转移指令跳出的范围太大，编译出现错误原因：程序结构过于复杂，庞大。解决办法：使用过程，也就是子程序设计，直接把一个要频繁要用到的函数打包成一个子过程，然后用CALL调用子过程就可

16、以了，这样就可以避免使用跳转和转移指令了。5 程序源代码及注释主程序如下（宏定义及子程序见附录）：data segment;-进度条字符-st_load db 10 ;起始行 db 4 ;起始列 db 0bh ;字体颜色 db 'IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII' db 00;-字符定义-start_col db ? ;存储起始行text db 14 ;起始行 db 2 ;起始列 db 0fh ;字体颜色 db 'piano - AUTOMATION 0808 _',0ffh,0ffh ;显示字 db ' HAVE A

17、GOOD TIME!',0ffh ;以0ffh来判断是否换行 db ' -1-2-3-4-5-6-7-',0ffh db 'H q w e r t y u p: play',0ffh db 'M a s d f g h j enter: stop',0ffh db 'L z x c v b n m Esc: exit',0ffh db ' 1/2: speed down/up',0ffh db 00;-白色琴键坐标-st_lx dw 50,61,72,83,94,105,116 ;起点横坐标 dw 127,

18、138,149,160,171,182,193 dw 204,215,226,237,248,259,270st_y dw 50 ;起点纵坐标ed_lx dw 60,71,82,93,104,115,126 ;终点横坐标 dw 137,148,159,170,181,192,203 dw 214,225,236,247,258,269,280ed_y dw 90 ;终点纵坐标;-黑色琴键坐标-bt_x dw 57,68,90,101,112 ;起点横坐标 dw 134,145,167,178,189 dw 211,222,244,254,265bt_y dw 50 ;起点纵坐标bd_x dw

19、64,75,97,108,119 ;终点横坐标 dw 141,152,174,185,196 dw 218,229,251,262,273bd_y dw 70 ;终点纵坐标;-音乐频率值-tune dw 220,247,278,294,330,371,416 ;低音 dw 441,495,556,589,661,742,833 ;中音 dw 882,990,1112,1178,1322,1484,1655 ;高音 soundcolor dw 0 ;音色缓存，用于改变播放或弹奏时琴上音响和琴面上点阵的颜色 key_tune dw 0 ;按键状态缓存，用于判断是否有手动按键，1为有，0为无keyn

20、um dw 1 ;按键编号缓存，用于提取对应的按键位置 delay_time dw 7000 ;延时缓存，用于播放时存入bx中来计数;-自动演奏的歌曲频率和延时-卡农轻快改编版-mus_freq dw 1112,990,882,833,742,661,742,833 ;声音频率部分 dw 882,833,742,661,589,556,589,495 dw 882,833,882,441,416,661,556,589,441,882,833,742,833,1113,1322,1484 dw 1178,1112,990,1178,1178,1112,882,833,742,661,589,5

21、56,495,589,556,495 dw 441,495,556,589,661,495,661,589,556,742,661,589,661,589,556,495 dw 441,371,742,833,882,833,742,661,589,556,495,742,661,742,661,589 dw 556,1112,990,882,990,882,1112,990,1178 dw 1322,1112,1178,1322,1112,1178,1322,661,742,833,882,990,1112,1178 dw 1112,882,990,1112,556,589,661,742,

22、661,589,661,556,589,661 dw 589,742,661,589,556,495,556,495,441,495,556,589,661,742 dw 589,742,661,742,833,882,661,742,833,882,990,1112,1178,1322 dw 1112,882,990,1112,990,882,990,833,882,990,1112,990,882,833 dw 882,742,833,882,441,495,556,589,556,495,556,882,833,882 dw 742,882,833,742,661,589,661,589

23、,556,589,661,742,833,882 dw 742,882,833,882,833,742,833,882,990,882,833,882,742,883 dw 1112,556,589,556,495,990,1112,990,882,556,441,742,661,330,294,330 dw 371,742,833,742,833,330,294,330,371,742,661,742,833,833,742,833 dw 441,882,990,880,833,416,441,416,371,742,661,742,833,416,556,495 dw 441,882,99

24、0,1178,1112,556,661,1112,882,1178,1112,1178,990,661,589,661 dw 556,882,833,882,556,661,661,742,883,661 dw 556,882,1112,1178,882,1112,1112,990,882,833 dw 742,742,661,742,833,882,1112,990,882,1178 dw 1322,1178,1112,990,1112,990,882,833,882,833,742,661,742,661,589,556 dw 589,589,495,441 dw 441 dw -1 ;以

25、后以-1来判断是否结束;-声音节拍部分，32为一拍-mus_time dw 16 dup(32),64 dup(8) dw 16,16,32,32,32,16,16,16,16 dw 8 dup(8,4,4,8,4,4,8 dup(4) dw 64 dup(8) dw 6 dup(8,4,4,8,8) dw 20 dup(8),32 data ends;*代码段*code segment assume ds:data,cs:code;-主程序-;-依次调用：开场效果-初始化-键盘扫描-按键处理程序-main proc farstart: call show_load ;调用进度条显示程序;-延

26、时20*waitf- push bx mov bx,20del: call waitf dec bx jnz del pop bx;-重新开始- restart: ;自动播放音乐时，按enter键或音乐完全结束后会返回这里 call init;调用初始化程序new_scan: ;键盘扫描程序没有检测到功能键被按下时，会返回这里 call scan_key ;调用键盘扫描程序，扫描所按下的键;-按键处理- call do_key;-重新扫描- jmp new_scan ;重新扫描有无键按下，直到按下esc键main endp6 运行结果分析电子琴界面如图6-1所示。图6-1 电子琴界面电子琴播放

27、预存音乐时的界面如图6-2所示。相比初始界面，播放预存音乐时，右上角的第一个灯变绿了，上面和左右两边的点开始闪烁，且每播放一个音符，界面下方就多了一个符号。图6-2 电子琴播放预存音乐的界面7 调试过程记录在程序调试的过程中，遇到最大的问题就是，寄存器的值变幻无常，容易出错。原因：程序结构过于复杂，使用寄存器比较频繁，以及使用了BIOS中断程序，这样会导致其它与之相关寄存器的值的改变。解决办法：堆栈是保护环境的主要工具，一旦用错，后果将很严重，比如我们在调试程序的过程中，遇到过这样的问题：在一个函数的开始，我先用PUSH把所有寄存器入栈了，在函数的执行中，我又把一个寄存器PUSH到栈中保存，却

28、忘记了在执行POP指令之前把它恢复出来！这样就造成了所有的寄存器的值都的生了变化。PUSH了一个变量之后在新的PUSH来临之前如果又有POP别的变量的语句，一定会出问题！解决的办法只有一个，把PUSH和POP对上号。8 课程设计小结在本次设计中，可以说是一次成功的经验。在学完了微型原理与接口技术这门课的基础上来搞做这个设计，使我对这门课的理论知识的理解有很大程度上的加强。微机原理这门课程本身是一门实验性和工程性很强的专业技术课，因此不仅要重视理论教学，更应注意实践技能的培养和训练。课程设计是这门课程的一个重要环节，通过课程设计，巩固、加深和拓宽了学习的理解，使自己的分析、设计和调试8086微机

29、系统的能力得到了进一步的提高。通过整整一个星期的摸索和编程，查资料，终于把程序完成了，和小组的成员一起讨论问题，分析问题，发现问题，解决问题，也收获了不少，我们的编程技术都有所提高，我们的体会就是：要提高自己的编程能力，你必须亲自去体验、去设计、编辑、编译、调试、运行。每一个程序员都是在失败、尝试、失败、尝试与收获中成长起来的。在设计过程中，对不同方案的构思、分析、比较到最后的定案，这些工作，培养了我们的分析问题，解决问题和创新的能力。在方案确定后，在软件编程方面，对编写的程序经上机实践和调试，对存在的问题进行反复修改，使其达到了最优方案。这样的编程机会在平时是很少有的，所以，在编程方面我们得

30、到了很多的锻炼，使自己更加熟悉了汇编语言，了解了编程思想，为以后的学习以及工作打下了扎实的基础。我认为，在这次的课程设计中，不但做出了一个符合要求的电子琴，而且为自己积累了一笔有用的财富。参考文献1 龚尚福.微机原理与接口技术.西安电子科技大学出版社，2003.82 李芷.微机原理与接口技术.电子工业出版社,2002 3 钱晓捷.汇编语言程序设计(第二版).电子工业出版社,20034 宋杰等微机原理与接口技术课程设计北京 ：机械工业出版社 ，20055 杨立，邓振杰，荆淑霞等微型计算机原理与接口技术（第二版）北京：中国铁道出版社，20066 小捷. 汇编语言程序设计. 第2

31、版. 西安：西安电子科技大学出版社，2003附录;*矩形绘制宏*draw macro start_x,start_y,end_x,end_y,color local draw_next;local ：避免宏重复调用时，标号的重复;功能：画填充的矩形;使用条件：start_x < end_x ,start_y < end_y push ax ;堆栈 push bx push cx push dx mov ah,0ch ;12号功能，写像素 mov al,color ;取颜色值 mov bh,0 ;页号0 mov cx,start_x ;列起始点 mov dx,start_y ;行起始

32、点draw_next: int 10h ;画点 inc cx ;画横线 cmp cx,end_x ;比较行是否画完 jne draw_next ;画另一行 mov cx, start_x ;另一行的起始点 inc dx ;下一行 cmp dx,end_y ;比较列是否画完 jne draw_next ;未完继续画 pop dx ;出栈 pop cx pop bx pop ax endm;*矩形点阵绘制宏*draw_point macro start_x,start_y,end_x,end_y,color local draw_next;local ：避免宏重复调用时，标号的重复;功能：画矩形点

33、阵;使用条件：start_x < end_x ,start_y < end_y push ax push bx push cx push dx mov ah,0ch ;12号功能，写像素 mov al,color ;设置颜色 mov bh,0 ;页号0 mov cx,start_x ;列起始点 mov dx,start_y ;行起始点draw_next: int 10h ;画点 inc cx inc cx ;隔一点 cmp cx,end_x ;比较行是否画完 jne draw_next ;画另一行 mov cx, start_x ;另一行的起始点 inc dx inc dx ;隔一

34、行 cmp dx,end_y ;比较列是否画完 jne draw_next ;未完继续画 pop dx pop cx pop bx pop ax endm;*矩形框绘制宏*drawsqre macro start_x,start_y,end_x,end_y,color local row_up,row_down,rank_left,rank_right;-功能：画矩形框。 push ax push bx push cx push dx push si mov ah,0ch ;12号功能，写像素 mov al,color mov bh,0 mov cx,start_x mov dx,start_

35、yrow_up: ;画上边 int 10h inc cx cmp cx,end_x jne row_up rank_right: ;画右边 int 10h inc dx cmp dx,end_y jne rank_right mov cx, start_x ;下边起始点 mov si,end_x inc sirow_down: ;画下边 int 10h inc cx cmp cx,si jne row_down mov dx,start_y ;左边起始点 mov cx,start_xrank_left: ;画左边 int 10h inc dx cmp dx, end_y jne rank_le

36、ft pop si pop dx pop cx pop bx pop ax endm ;*琴键处理程序*do_key proc near;-显示按下-push bx ;bx入栈mov bx,keynum ;取按键编号缓存值，存入bxcall key_down ;在屏幕上显示按下状态;-按下时琴身点阵颜色改变-纯白-draw_point 40,52,44,92,0fh ;调用矩形点阵宏，绘制音响孔左点阵draw_point 288,52,292,92,0fh ;调用矩形点阵宏，绘制音响孔右点阵draw_point 150,34,282,38,0fh ;调用矩形点阵宏，绘制正面音孔点阵 pop b

37、x ;bx出栈 ;-发出声音- lea bx,tune ;装入对应频率段地址到bx中 push si ;si入栈mov si,keynum ;取按键编号缓存值，存入simov di,bx+si ;取对应编号的音符频率值，存入dicall play_hand ;调用手动发声程序pop si ;出栈;-显示弹起- push bxmov bx,keynum ;在屏幕上显示弹起状态call key_up;-按下时琴身点阵颜色恢复-灰色-draw_point 40,52,44,92,07h ;调用矩形点阵宏，绘制音响孔左draw_point 288,52,292,92,07h ;调用矩形点阵宏，绘制音响

38、孔右draw_point 150,34,282,38,07h ;调用矩形点阵宏，绘制正面音孔 pop bx mov key_tune,0 ;恢复按键状态缓存，;- retdo_key endp;*手动演奏发声程序*;-功能：当手动按键时，播放相应键的声音，只要不放开，就会一直播放。;-在di中存放发声频率。play_hand proc near;- push axpush bxpush cxpush dxpush di;-mov al,0b6h ;在8253的43端送出一个控制字0b6h（10110110b）out 43h,al ;从而对定时器2初始化，准备接收计数初值 mov dx,12h

39、;1.1931Mhz/给定频率=12348h/给定频率=计数初值mov ax,348ch ;12348h存入DX:AX中，作32位运算，商存入AX，余数存入DX div di ;di中存放给定频率out 42h,al in al,61h ;开扬声器mov al,ah ;给定时器2写入AX中存放的计数初值out 42h,al in al,61h mov ah,al ;把8255输出端的61h的0、1两位置1，并把端口状态存入ahor al,3 ;打开扬声器out 61h,al ;-按键等待-wait1: call waitf;调用延时 in al,60h ;读取键盘扫描码，按下和放开都有相应的扫

40、描码，放开码=按下码+80h>80h test al,80h ;al和80h相与，影响标志位 jz wait1;未放开则继续延时 mov al,ah;恢复8255端口61h的状态，关扬声器out 61h,al;-pop di ;恢复寄存器状态pop dx pop cxpop bxpop ax;- retplay_hand endp;*自动播放发声程序*;-功能：自动播放音乐时发声。play_auto proc near;-push ax ;保存寄存器状态push bxpush cxpush dxpush di;-mov al,0b6h ;在8253的43端送出一个控制字0b6h（10110110b）out 43h,al ;从而对定时器2初始化，准备接收计