微机原理课设沈阳工程学院.docx
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微机原理课设沈阳工程学院
摘要
微机原理课程设计——设计简易电子琴
本实验是利用微机原理试验箱、8255芯片、8254芯片、键盘、扬声器等硬件设备,设计简易电子琴。
首先利用了编程程序,编辑了8255芯片控制字,对其进行初始化,使其工作在方式0,即基本输入输出状态,将8255的A端口设置为输出,C端口进行,经CPU运算后,输出到8254芯片中,由此实现对其的初始化。
将8254芯片设置为工作在方式3,即输出对称方波状态。
A端口为输入,“OUT”指令可将输出对应一定频率的方波送到扬声器中,由此实现发声。
本实验通过频率大小控制发出声音的高低,通过对延时程序的调用控制发出声音的长短。
并通过所编程序实现对键盘的重复扫描,重而可以弹奏多个音符的试验目的。
关键词8254芯片8255芯片电子发声元件键盘
目录
摘要……….…………………………………………….….…………………………………..I
1.1实验内容......................…………….…………….…………..……………………………1
1.2实验要求......................…………….…………….………………………………………..1
1.3工作原理…………………………….…....……….....……………………………………3
1.3.1按键部分…………………………….…....……….....……………………………….3
1.3.2发声部分…………………………………………………………………………...…3
1.4程序流程图………..….…………………….………………………….…..….…….…….4
1.4.1按键部分………………………………………………………………………….....4
1.4.2发声部分…………………………………………………………………………...…5
1.5硬件连接图及音符频率……………………….…………………………...……………..6
1.6芯片简介……………...…………………………….…………………………...………...7
1.6.18254芯片简介…………………………………………………………………………7
1.6.28255芯片简介…………………………………………………………………………9
1.7程序代码………………………………………………………………………………….11
1.7.1按键部分代码………………………………………………………………………11
1.7.2发声部分代码…………………………………………………………………...…15
1.8键盘与数码显示管工作原理……………………………...…………………………….17
总结...............................................................................................................................................18
致谢……………..………………….……………………..…….…………...………………….19
参考文献……………..…………….…………………..….…..……………….……………….20
正文
1.1实验内容:
利用定时/计数器8254实现音乐演奏。
1.2实验要求:
(1)配合延时和控制程序控制扬声器发声(演奏音乐)。
(2)把键盘当作电子琴按键进行演奏。
1.3工作原理
1.3.1琴键部分:
本程序是通过并行接口芯片8255对键盘进行扫描(对于键盘单元的工作原理见正文第9点),将8255芯片的PA0—PA4,PC0—PC4它们分别与键盘伤的X1—X4,Y1—Y4相连,根据控制字81H,决定工作在方式0,A端口和B端口输出,C端口输入,由其C口将按键情况输入到CPU中,在CPU中进行一系列运算,通过定时器8254将不同频率的波形经OUTO输入到扬声器中,从而实现扬声器的发音。
本实验中8254的工作方式为方式3,输出的波形为对称方波。
由于系统中8254的CLK端已固定接好频率为1MHZ的方波信号,所以要控制其输出端OUT0输出不同的频率只要根据通过写入不同的计数初值就能实现。
公式为:
CLK0端的输入频率/OUT0端的输出频率=计数初值N
通过频率的大小控制音阶的不同,通过延时程序控制发音的长短,由此达到实验要求。
1.3.2发声部分:
发生部分由8254完成:
一个音符对应一个频率,将对应一个音符频率的方波通到扬声器上,就可以发出这个音符的声音。
将一段乐曲的音符对应频率的方波依次送到扬声器,就可以演奏出这段乐曲。
利用8254的方式3—“方波发生器”,将相应一种频率的计数初值写入计数器,就可产生对应频率的方波。
计数初值的计算如下:
计数初值=输入时钟÷输出频率
例如输入时钟采用1MHz,要得到800Hz的频率,计数初值即为1000000÷800。
音符与频率对照关系如表1所示。
对于每一个音符的演奏时间,可以通过软件延时来处理。
首先确定单位延时时间程序(根据CPU的频率不同而有所变化)。
然后确定每个音符演奏需要几个单位时间,将这个值送入DL中,调用DALLY子程序即可。
1.4.程序流程图
1.4.1按键部分
图1.1按键部分
1.4.2发声部分
图1.2发声部分
1.5硬件连接图及音符频率
图1.3硬件连接图及音符频率
.6.芯片简介
1.6.18254芯片简介
1)D0-D7双向数据线,用以传送数据和控制字。
计数器的计数值亦通过此数据总线进行读写。
2)CS输入信号,低电平有效。
作为片选。
3)RD读控制信号,低电平有效。
4)WR写控制信号,低电平有效
5)A0、A1为8254的内部计数器和一个控制寄存器的编码选择信号
6)CLK0是每个计数器的时钟输入端。
计数器对此时钟信号进行计数。
CLK最高频率可达2MHZ。
7)GATE0-GATE2门控制信号,即计数器的控制输出信号,用来控制计数器的工作。
8)OUT0-OUT2计数器输出信号,用来产生不同方式工作时的输出波形
9)8254具有3个独立的16位计数器,6种不同的工作方式。
计数寄存器用来寄存计数初值,计数工作单元为16位减1计数器,它的初值便是计数寄存器内容,计数单元对CLK脉冲计数,每出现一个CLK脉冲,计数器减1,当CLK端出现了规定个数的脉冲时,OUT输出一个脉冲信号。
10)本实验中,我们用到的引脚有:
D0-D7、A0-A1、WR、RD、CS、CLK0、GATE0、OUT0等;设定工作在方式3用来产生方波、应用计数器0。
表18254的方式控制字格式
表28254读出控制字格式
表38254状态字格式
1.6.28255芯片简介
1)D0~D7:
三态双向数据总线,8255与CPU数据传送的通道,当CPU执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
2)PA0~PA7:
端口A输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入锁存器。
3)PB0~PB7:
端口B输入输出线,一个8位的I/O锁存器,一个8位的输入输出缓冲器。
4)PC0~PC7:
端口C输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口,每个4位的端口包含一个4位的锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
5)CS:
片选信号线,当这个输入引脚为低电平时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯。
6)RD:
读信号线,当这个输入引脚为低电平时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU从8255读取信息或数据。
7)WR:
写入信号,当这个输入引脚为低电平时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
8)RESET:
复位输入线,当该输入端外于高电平时,所有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。
9)A1、A0:
端口地址总线,8255中有端口A、B、C和一个内部控制字寄存器,共4个端口,由A0、A1输入地址信号来寻址。
10)本实验用到的引脚有PA0-PA3、PC0-PC3、D0-D7、A0、A1、WR、RD、CS、和GND;设定工作在方式0,A口输出、B口输出、C口低4位输入。
图1.48255内部结构及引脚
表48255工作方式控制字图
1.7程序代码
1.7.1按键部分代码
MY8255_AEQU0600H
MY8255_BEQU0602H
MY8255_CEQU0604H
MY8255_MODEEQU0606H
MY8254_MODEEQU06C6H
MY8254_AEQU06C0H;进行宏定义
MYDATASEGMENT
CHUSHUDW441D,495D,556D,589D,661D,742D,833D,882D,221D,248D,278D,294D,330D,371D,416D,-1D
MYDATAENDS;建立数据段MYDATA
MYCODESEGMENT;建立数据段MYCODE
ASSUMECS:
MYCODE,DS:
MYDATA
START:
MOVAX,MYDATA
MOVDS,AX;实现段寄存器DS的初始化
MOVDX,MY8255_MODE
MOVAL,81H
OUTDX,AL;写8255芯片的控制字,实
;现工作在方式0,A端口和B端口输出,C端口输入
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,36H
OUTDX,AL;使8254工作在方式3,A
;口输入,运用计数器0,以二进制方式进行
BEGIN:
CALLCCSCAN;调用扫描子程序
JNZNUM1;有键按下时跳到NUM1
JMPBEGIN;没键按下时循环执行
;BEGIN
;========================================
;确定按下键的位置
;========================================
NUM1:
CALLCCSCAN
JNZNUM2;有键按下时跳到NUM2
JMPBEGIN;没键按下时循环执行BEGIN
NUM2:
MOVCH,0FEH;确定按下键在第一列
MOVCL,00H;将CL清零
COLUM:
MOVAL,CH
MOVDX,MY8255_A;将8255的A口地址赋给DX
OUTDX,AL;将CPU中的AL值送到8255
;的A口中,即送到x1、x2、
;x3、x4中
MOVDX,MY8255_C;将8255的C口地址赋给DX
INAL,DX;将C口的值送到AL中
L1:
TESTAL,01H;检验按下键是否在L1
JNZL2;不是L1则跳到L2
MOVAL,00H;为了后面用来与CHUSHU
;数据段中数对应
JMPKCODE;强制跳转到KCODE
L2:
TESTAL,02H;检验按下键是否在L2
JNZL3;不是L2则跳到L3
MOVAL,04H;为了后面用来与CHUSHU
;据段中数对应。
JMPKCODE;强制跳转到KCODE
L3:
TESTAL,04H;检验按下键是否在L23
JNZL4;不是L3则跳到L4
MOVAL,08H;为了后面用来与CHUSHU数据段中数对应
JMPKCODE;强制跳转到KCODE
L4:
TESTAL,08H;检验按下键是否在L4
JNZNEXT;不是L4则跳到NEXT
MOVAL,0CH;为了后面用来与CHUSHU
;据段中数对应。
KCODE:
ADDAL,CL;实现AL与CL的无进位加法
MOVDL,2H
MULDL;将AL乘以2结果保存到AX中
PLAY:
LEASI,CHUSHU;使SI指向CHUSHU的首地址
ADDSI,AX;通过SI加AX实现指针SI的移动
MOVDX,0FH
MOVAX,4240H;被除数为0F4240H
DIVWORDPTR[SI];除数为SI所指的数据
MOVDX,MY8254_A;将8255的A口地址赋给DX
OUTDX,AL;输出商的低4位
MOVAL,AH
OUTDX,AL;输出商的高4位
MOVCX,8H;输入计数值CX
NEXT3:
CALLDALLY;调用延时子程序DALLY
CALLDALLY
CALLDALLY
CALLDALLY
CALLDALLY
LOOPNEXT3;CX不为0重复执行NEXT3
MOVDX,0FH
MOVAX,4240H;被除数为0F4240H
MOVSI,30D
DIVWORDPTR[SI];除数为SI=30所指的数据
MOVDX,MY8254_A;将8255的A口地址赋给DX
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL;实现静音,结束一个音符的发音
JMPBEGIN;跳转到BEGIN,重复扫描
NEXT:
INCCL;使CL加1,为了后面用来与CHUSHU数
;据段中数对应
MOVAL,CH
TESTAL,08H
JZKERR;无键按下时跳转到KERR
ROLAL,1D;向左移位
MOVCH,AL
JMPCOLUM;强制跳转到COLUM
KERR:
JMPBEGIN;跳到BEGIN重新开始扫描
;========================================
;键盘扫描子程序
;========================================
CCSCAN:
MOVAL,00H
MOVDX,MY8255_A
OUTDX,AL;使8255芯片A端口输出
;为0,既使x1、x2、x3、
;X4为0
MOVDX,MY8255_C
INAL,DX;将从C端口输入的y1、y2、y3、y4送到AL中
NOTAL;将AL取反
ANDAL,0FH;将AL前4位清零
RET
;========================================
;延时子程序
;========================================
DALLY:
PUSHCX;将CX压栈
MOVCX,000FH
T1:
MOVAX,0009FH
T2:
DECAX;使AX减1
JNZT2;AX不为0重复T2
LOOPT1;CX不为0重复T1
POPCX;将CX出栈
RET
MYCODEENDS;代码段定义结束
ENDSTART;程序结束
1.7.2发声部分代码
;端口定义
IOY3EQU06C0H
IOY1EQU0640H
MY8254_COUNT0EQUIOY3+00H;8254计数器0端口地址
MY8254_COUNT1EQUIOY3+02H;8254计数器1端口地址
MY8254_COUNT2EQUIOY3+04H;8254计数器2端口地址
MY8254_MODEEQUIOY3+06H;8254控制寄存器端口地址
MY8255_AEQUIOY1+00H;8255输入输出0端口地址
MY8255_BEQUIOY1+02H;8255输入输出1端口地址
MY8255_CEQUIOY1+04H;8255输入输出2端口地址
MY8255_MODEEQUIOY1+06H;8255控制寄存器端口地址
STACK1SEGMENTSTACK
DW256DUP(?
)
STACK1ENDS
DATASEGMENT
FREQ_LISTDW371,495,495,495,624,556,495,556,624
DW495,495,624,742,833,833,833,742,624
DW624,495,556,495,556,624,495,416,416,371
DW495,833,742,624,624,495,556,495,556,833
DW742,624,624,742,833,990,742,624,624,495
DW556,495,556,624,495,416,416,371,495,0
TIME_LISTDB4,6,2,4,4,6,2,4,4
DB6,2,4,4,12,1,3,6,2
DB4,4,6,2,4,4,6,2,4,4
DB12,4,6,2,4,4,6,2,4,4
DB6,2,4,4,12,4,6,2,4,4
DB6,2,4,4,6,2,4,4,12
DATAENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MOVDX,MY8254_MODE
;ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
;初始化8254工作方式
MOVAL,36H;定时器0、方式3
OUTDX,AL
MOVDX,MY8255_MODE;初始化8255
MOVAL,90H;A口输入,B口输出
OUTDX,AL
XIE:
MOVDX,MY8255_A
INAL,DX
MOVDX,MY8255_B
OUTDX,AL
CALLDALLY
CMPAL,01H
JZBEGIN
JMPBEGIN
BEGIN:
MOVSI,OFFSETFREQ_LIST;装入频率表起始地址
MOVDI,OFFSETTIME_LIST;装入时间表起始地址
JMPPLAY
PLAY:
MOVDX,0FH;输入时钟为1MHz,1M=0F4240H
MOVAX,4240H
DIVWORDPTR[SI];取出频率值计算计数初值,0F4240H/输出频率
MOVDX,MY8254_COUNT0
OUTDX,AL;装入计数初值
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDL,[DI];取出演奏相对时间,调用延时子程序
CALLDALLY
ADDSI,2
INCDI
CMPWORDPTR[SI],0;判断是否到曲末?
JEXIE
JMPPLAY
DALLYPROC;延时子程序
D0:
MOVCX,0010H
D1:
MOVBX,0FF0H
D2:
DECBX
JNZD2
LOOPD1
DECDL
JNZD0
RET
DALLYENDP
CODEENDS
ENDSTART
1.8键盘与数码显示管工作原理
13
14
15
16
9
10
11
12
5
6
7
8
1
2
3
4
(L4)Y4
如图
(L3)Y3
X组对应8255芯片的A口(X值为0)
(L2)Y2
Y组对应8255芯片的C口(Y值为1)
(L1)Y1
。
X1X2X3X4
图1.5键盘与数码显示管
当有键按下时,该键的X、Y接触,Y值变为0,改变了输入8255芯片C
口的数值,从而与程序中的L1,L2,L3,L4对应,确定按键位置。
实现通过改
变键盘输入来改变8254输出频率,实现扬声器发音。
总结
这次的课程设计让我掌握了,并且巩固了课堂上所学的知识内容,学以致用是工科学生必须学会的,在刚开始,我们在网络上查阅资料,有关电子发生原理的很多程序,以及音乐曲谱,之后翻译成简谱,根据程序原理,编辑进入其中。
关于运行的程序,我们的设计还有一些瑕疵,程序没有终止指令,只能靠手动终止,只能一边又一遍的播放所编辑的曲目,这是要我们要改进的。
任何一个计算机系统都是一个复杂的整体,有主程序,子程序。
而我们不仅学习书本上的知识,我们还通过此次课设更加深刻的了解所学的内容,增强了自我动手操作能力。
并且通过小组的方式工作,我们相互合作,相互学习,增强了团队意识。
在其中老师给我们的指导是非常重要的,老师总会提供给我们一些思路,且鼓励我们的创新意识,对我们的想法灌于一些更加具体的内容。
老师孜孜不倦地教诲和指导,是我们此次课设更是收获颇多。
感谢老师给予我们的教诲,感谢学校提供给我们这个学习拓展的空间。
致谢
通过这次课程设计我们学到了不少东西,真正认识到了微机原理的重要性,了解到了CPU,8255、8254等芯片功能的强大。
真正的运用自己的双手,完成了有生以来的第一个运用微机原理试验箱设计而成的作品,收获颇多!
当然,在设计的过程中我们遇到了很多的困难。
然而我们用耐心的去克服,用信心去解决。
并且在解决问题的过程中,学到了很多实际的知识,很多是书本上学不到的。
加深了我们对微机原理应用的认识
以前的上机课上,我们所应用的程序都是很简单的编程,实现的功能都比较简单,而本次课设要求我们掌握的知识比较综合,从分析到编程,再到连线,完完全全是一个独立系统的过程。
所以,在编制程序时遇到很多困难。
在解决问题时我们还体会到充分的调用用周围的资源是多么的重要。
我们的一些问题都是自己首先通过查书查资料,通过图书馆,通过网络来解决的,最后,在还没有解决的情况下,再去问老师。
这不仅培养了自己的解决问题的能力,同时,又熟悉了如何利用周边的资源快速有效的去解决问题。
给我最深刻的是作程序的要能够沉的住气,要有耐性!
一周的课程设计虽然短暂,但是我们全心地投入其中,养成了一种敢于钻研敢于创新的习惯,学会了静心钻研,与同组同学相互合作,如此才能把程序设计的更加完整,更加新颖!
通过课程设计,让我在课本的基础上,更深入的了解了各种芯片的用法和程序的完成过程,调试方法及技巧。
可以说是收益匪浅!
最后,衷心的谢谢老师对我们的耐心指导,让我们能够顺利的迈进微机原理科学的殿堂,我相信我们会受益终生!
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参考文献
[1]王惠中.微机原理及应用.武汉:
武汉大学出版社,2011
[2]邹逢兴.微型计算机原理与接口技术实验