微机接口——简易电子琴的设计.pdf-资料库

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简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 海南大学信息科学技术学院 2012-2013 第一学期《微机原理与接口技术课程设计》题学姓专目：简易电子琴设计的实现号： 20101616310049 名：王猛涛业：信息安全指导老师：李红蕾成绩：

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 目录引言..........................................................................................................................1 摘要..........................................................................................................................2 简易电子琴设计的实现................................................................................................3 1. 微机接口课程设计概述.................................................................................3 1.1 设计题目及要求.................................................................................3 1.2 设计目的及意义.................................................................................3 1.3 开发设计环境.....................................................................................3 2. 开发设计思路及所涉及的相关理论.............................................................4 2.1 开发设计思路.....................................................................................4 2.2 开发所涉及的相关理论.....................................................................4 3. 简易电子琴开发设计方案的确定...............................................................10 4. 简易电子琴开发设计线路连接...................................................................11 5. 程序代码执行流程图...................................................................................12 6. 主要功能实现的说明...................................................................................13 6.1 数据段的定义...................................................................................13 6.2 发音部分功能的实现.......................................................................13 6.3 弹奏功能的实现...............................................................................14 6.4 延时功能的实现...............................................................................15 7. 程序代码执行结果与分析及个人感悟.......................................................15 7.1 程序代码执行结果与分析...............................................................15 7.2 个人感悟...........................................................................................15 参考文献............................................................................................................16 附录（程序代码）：........................................................................................17

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 引言电子科学技术是人类在生产斗争和科学实验中发展起来的。1883 年美国发明家爱迪生发现了“热电子”效应，1904 年弗莱明利用这个效应制成了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，它首先被用于无线电检波。1906 年美国的德福雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三电极——栅极而发明了电子三极管，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体积大，耗电多，从 1948 年美国贝尔实验室的几位研究人员发明晶体管以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管。但是，我们不能否定电子管的独特优点，在有些装置中，不论从稳定性、经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。随着科学技术的发展和人类的进步，电子技术已经成了各种工程技术的核心，特别是进入信息时代以来，电子技术更是成了基本技术，其具体应用领域涵盖了通信领域、控制系统、测试系统、计算机等等各行各业。生活中常使用到许多的电子设备，它给我们生活上的便利与影响。而电子琴就是一个很明显的例子，这些有时甚至含有内建音乐，有时又可以千变万化，真让人想动手试试看，因此我对它产生了许多问题与想象。它是如何动作？不同的音调产生原理又是什么？而若是改变它们的音调，不知道会不会很麻烦，其电路要重新制作吗？系统会怎么修改？乐器的发展与科学技术的发展密切相关，现代电子技术的兴起，使一些机械的装置逐步电动化、电子化。科学技术上的这些变化及发展促进了乐器的发展，由此出现了许多新的电子乐器，如电子琴、电钢琴等。本文就是关于用 8253 定时器制作简易电子琴的过程及基本原理。 1

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 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简易电子琴，主要包括两个部分——输入部分与发音输出部分。其中，输入部分：通过 8255 并行接口芯片和 8 个常用型开关来完成；发音输出部分：CUP 通过对定时器 8253 的通道 0 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 0 门控的开断，以产生特殊的音响。具体实现方法：用开关 K1～K8（与 8255A 的 PB0～PB7 连接）模拟琴键，当开关拨为“1”（高电平）时，相当于有键按下，喇叭（喇叭引脚 SIN 与 8253 芯片的引脚 OUT0 连接，喇叭 J5 引脚与 DV88 实验箱相连）发出声音。拨动不同的开关则对应不同的音符，每次只能拨一个开关（相当于按下一个键）。连续拨动开关，喇叭发出音乐。文章首先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以及实验程序的调试结果，并对结果进行了分析。关键词：汇编语言 8253 定时器 8255 电子琴设计 2

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 简易电子琴设计的实现 1.1.1.1. 微机接口课程设计概述 1.11.11.11.1 设计题目及要求简易电子琴的设计设计要求：利用用实验箱上的扬声器与 8 个开关设计一个电子琴。用开关模拟琴键，当开关拨为“1”时，相当于有键按下，喇叭发出声音。拨动不同的开关则对应不同的音符，每次只能拨一个开关（相当于按下一个键）。连续拨动开关，喇叭发出音乐。可选用芯片：8253 定时/计数器，8255 并行接口，8259 中断控制器，DAC0832 D/A 转换器，ADC0809A/D 转换器。报告要求：（1）写出设计思路；（2）画出实验线路连接图；（3）写出程序清单（或程序框图）及注释；（4）设计及调试心得。 1.21.21.21.2 设计目的及意义（1）进一步熟练各种已学过接口芯片的编程方法；（2）掌握各芯片间的相互连接；（3）检验学生在原理与接口综合应用方面分析问题与解决问题的能力；（4）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神；（5）通过课程设计，使学生在理论分析、结构设计、汇编语言的应用和标准与规范的运用方面的能力得到训练和提高；（6）巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。 1.31.31.31.3 开发设计环境测试平台：Windows XP Professional Operating System 测试设备：DVCC 工具箱、DV88h 实验系统开发语言：.ASM 汇编语言 3

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 2.2.2.2. 开发设计思路及所涉及的相关理论 2.12.12.12.1 开发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实验箱上扬声器的发声规律，按下相应的按键（这里相当于拨动相应的开关至状态“1”）后，喇叭能发出指定频率的声音。实验箱上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（具体的实验连接线路见下文）。扬声器是由 8253 通道 0 产生的方波信号和 8255 的 PB1 相与后驱动发声的，且通道 0 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中断，而其发音频率可以通过对 8253 通道 0 的计数初值的设置来控制。因此，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 0 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 2-1 所示。表 2-1 各音符的频率表音符频率/HZ 计数值 1 250 4002 2 280 3567 3 315 3178 4 353 2834 5 396 2527 6 444 2250 7 499 2005 i 560 1786 2.22.22.22.2 开发所涉及的相关理论 2.2.12.2.12.2.1 8253 2.2.1 825382538253 芯片的工作原理（1）8253A 内部结构 8253A 定时/计数器具有定时、计数双功能。它具有三个相同且相互独立的 16 位减法计数器，分别称为计数器 0、计数器 1、计数器 2。每个计数器计数频率为 0~2MHZ；8253A 的内部数据总线缓冲器为双向三态，可直接接在系统数据总路线上，通过 CPU 写入计数初值，也可由 CPU 读出计数当前值；其工作方式通过控制字确定。具体如下图 2-1 所示。 4

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 图 2-1 8253 内部结构（2）计数器内部结构每个计数器由一个 16 位可预置的减 1 计数器组成，计数初值可保存在 16 位的锁存器中，该锁存器只写不能读。在计数器工作时，初值不受影响，以便进行重复计数。每一个计数器有一个时钟输入端 CLK 作为计数脉冲源，计数方式可以是二进制，计数范围 1~10000H，也可以是十进制，计数范围 1~65536。门控端 GATE 用于控制计数开始和停止。输出 OUT 端当计数器计数值减到零时，该端输出标志信号。（3）8253A 端口地址选择表 2-2 RD WR 1 1 1 1 0 0 0 0 × 1 0 0 0 0 1 1 1 1 × 1 CS 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 8253A 端口地址选择表 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 × A2 寄存器选择与操作 0 1 0 1 0 1 0 1 × 写入计数器 0 写入计数器 1 写入计数器 2 写入控制寄存器读计数器 0 读计数器 1 读计数器 2 无操作(三态) 禁止(三态) 无操作(三态) × × 5

简易电子琴设计的实现姓名：王猛涛学号：20101616310049 （4）8253A 功能 8253A 既可作定时器又可作计数器：计数：计数器装入初值后，当 GATE 为高电平时，可用外部事件作为 CLK 脉冲对计数值进行减 1 计数，每来一个脉冲减 1，当计数值减至 0 时，由 OUT 端输出一个标志信号。定时：计数器装入初值后，当 GATE 为高电平时，由 CLK 脉冲触发开始自动计数，当计数到零时，发计数结束定时信号。除上述典型应用外，8253A 还可作频率发生器、分频器、实时钟、单脉冲发生器等。（5）8253A 控制字图 2-2 8253 方式控制字（6）8253A 工作方式 I. 方式 0：计数结束产生中断方式当写入控制字后，OUT 变为低电平，当写入初值后立即开始计数，当计数结束时，变成高电平。 II. 方式 1：可编程单次脉冲方式当初值装入后且 GATE 由低变高时，OUT 变为低电平，计数结束变为高电平。 III. 方式 2：频率发生器方式当初值装入时，OUT 变为高电平；计数结束，OUT 变为低电平。该方式下如果计数未结束，但 GATE 为低电平时，立即停止计数，强迫 OUT 变为高电平，当 GATE 再变为高时，便启动一次新的计数周期。 6

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