微机原理课程设计 音乐演奏Word格式文档下载.docx

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1设计任务及要求分析

1.1设计任务

编写音乐程序，按大写字母“A”，奏一首歌曲；

按大写字母“B”；

奏另一首歌曲，曲目自选。

按Q退出程序。

（尽量演奏完整曲目）

1.2要求分析

在PC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符输出显示。

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方案比较与选择

2.1方案一

通过编程使用软件来实现计数和喇叭发声的时间设置，控制8255A并行I/O接口驱动喇叭发声。

CPU每执行一条指令需要耗费一定的时间，这样可以通过循环的方式设置好循环次数，实现软件计数，然后输出相应的高低电平，驱动喇叭发出对应频率和节拍的声音。

2.2方案二

利用硬件实现频率计数和延时时间的控制，利用8253-5定时/计数器芯片和8255A并行I/O接口芯片。

利用8255A的PB1端口实现发声时间的计数控制。

这样可以精确的控制时间，减少CPU的开支。

2.3方案选择

方案一的优点是可以减少硬件开支，便于调试和问题的查找。

缺点是CPU开支太大，利用率不高，而且时间不够精准；

方案二的优点是控制精度提高，同时也减少CPU的开支。

缺点是硬件开销比较多。

本设计实现的功能所需要的硬件电路并不是太复杂，一般的IBM-PC/XT/AT机家族都带有相应的硬件电路。

在提高精度与简易程度的比较下，决定采用方案二，这样可以大大提高时间控制精度，同时减少软件程序的复杂度。

3系统原理说明

在IBM-PC/XT机中都带有8253-5定时/计数器，本文通过对8253-5定时/计数器芯片的操作实现音乐演奏。

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。

4硬件电路与原理

IBM-PC/XT内部8253电路图如图4-1所示。

图4-18253电路连接图

8253的通道0用于产生固定频率的时钟节拍，通道1用于产生固定频率的的刷新信号，通道2用于产生频率信号，工作在方式3，计数值为6A4H=1190，方波输出频率为1.19MHZ。

此信号频率决定扬声器的音调，通道2的控制字为0B6H。

音乐产生主要用到通道2。

8253通道2的计数由8255A的PB0控制，当PB0输出为高电平时，使门控GATE2为高电平。

此时，8253通道2允许计数，故通道2的输出方波受PB0的控制，从而控制扬声器的音调高低。

通道2的输出能否对扬声器产生持续控制还取决于8255A的PB1。

当PB1为“0”时，OUT2不能通过“与门”；

反之，则可以通过“与门”控制扬声器。

所以，扬声器发音时间的长短取决于8255A的PB1信号。

另外CPU通过读8255A的C口，得知8253通道2的状态和扬声器驱动器的状态。

5软件设计

5.1屏幕显示程序设计

程序运行时，屏幕显示第一界如图

图5-1运行界面

输入错误时，提示信息界面如图

图5-2，错误提示界面

上述提示信息在数据段定义，类型为字节型。

首先调用BIOS中断的10H号功能设置文本模式。

程序如下：

MOVAH,00H；

BIOS10子功能

MOVAL,02H；

80*25彩色文本模式

INT10H；

BIOS10功能调用

然后调用背景清屏子程序使文本屏幕清空，为输入信息作准备，清屏子程序如下：

CLRPROCNEAR

MOVBH,0；

第0页

MOVBL,0EH；

字符属性，黑底黄字

MOVDX,0000H；

0行0列

MOVAL,'

'

；

输出的字符

MOVCX,80*25；

循环次数

MOVAH,02H；

BIOS10H子功能调用，置光标位置

INT10H

MOVAH,09H；

BIOS10H子功能调用，输出字符

INT10H

RET

CLRENDP

最后输出提示语字符。

输出提示语字符时，需要多次使用一段相同的输出代码，将该代码定义为宏，可以避免多次重复书写相同的代码。

不定义为子程序是为了避免多次调用使执行速度减慢。

相应宏定义语句为：

SHOWMACROb

LEADX,b；

将相应字符段的偏移地址装入DX

MOVAH,9；

DOS21H号中断9子功能输出多字符

INT21H

ENDM

则相应的字符提示信息输出代码为

INFO1DB0DH,0AH,'

Musicplayer$'

INFO2DB0DH,0AH,'

---------------------$'

INFO3DB0DH,0AH,'

PLEASESELECTAMUSIC$'

INFO4DB0DH,0AH,'

INFO5DB0DH,0AH,'

ERROR!

INPUTABorQ$'

INFO6DB0DH,0AH,'

PLEASEINPUTAGAIN!

$'

MUSLISTDB0DH,0AH,'

ALANHUACAO'

DB0DH,0AH,'

BHAPPYBIRTHDAYTOYOU'

QEXIT'

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'

$'

5.2发声的原理与控制程序

一首乐曲由若干音符组成，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。

MOVAL,0B6H；

写入方式控制字

OUT43H,AL；

写入控制端口

MOVDX,12H

MOVAX,348CH

DIV频率值 

；

频率转换成计数初值

OUT42H,AL 

；

低8位送2号计数器

MOVAL,AH

高位送2号计数器

接下来设计发声程序，发声系统受8255A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：

INAL,61H；

读取8255A的PB端口原输出值

MOVAH,AL；

将原输出值保存于AH中

ORAL,3；

使PB0、PB1、均为1

OUT61H,AL；

打开GATE2门，输出方波到扬声器

5.3音乐编程

一首歌曲包含节拍和频率，此处定义的音乐地址宏包含两个参数，所以音乐编程需要对音乐的节拍时间以及乐谱（频率）进行编写程序。

当选择不同的歌曲时，主程序调用不同的宏，将用户要求的歌曲的频率和节拍导入，实现音乐的演

奏。

5.3.1音乐节拍时间

控制音符的演奏时间，这是设计音乐程序的关键问题。

最直观的方法是按照谱为每一个音符规定一个演奏时间。

在遇到一首不熟悉歌曲时，初期很难确定每个音符的演唱时间，而调试程序的需大量的时间。

为每一个音符规定“单位时间”：

单位时间*N=音符的延长时间

其中，N为调试参数，一首歌曲只有一个调试参数。

设计程序时可以用EQU伪指令定义调试参数，初值现行估算，调试时在修改它。

节拍时间设置好以后，就可以利用延时程序，通过PB1端口控制发声的时间长短。

80x86的各种处理器采用6-66MHZ的工作频率，LOOP治理的执行时间在这些处理器上也不同。

为了建立一个与处理器无关的时间延迟，IBM采用了一个利用硬件产生时间延迟的方法，即通过监控端口61H的PB4，使PB4每15.08us触发一次，以产生一个固定不变的时间基准，在IBM-PC/XT中的BIOS中的WAITF子程序，就是一个产生N*15.08us时间延迟的程序，调用WAITF子程序时，CX寄存器必须装入15.08us的倍数N。

本程序延时程序参考上面的原理，代码如下：

waitfprocnear；

延时保护程序

pushax；

保护寄存器

waitf1:

inal,61h；