1、简易电子琴的设计7微机原理及接口技术课程设计任务书学生姓名： 班 级： 学 号： 指导教师： 题 目： 简易电子琴程序设计一、 设计目的以简易电子琴为背景，对简易电子琴程序进行分析和设计。通过该题目的分析和设计，学习微机软、硬件系统设计开发过程，加深微机原理及应用课程基础知识的理解和综合运用能力，熟悉集成电路芯片的使用方法，熟悉微机编程及接口电路，学习体会工程实际设计的过程，培养学生独立解决实际工程问题的综合能力。学生初步得到用汇编语言书写程序的训练，全面培养程序设计过程中的分析、设计、编码、测试及文档规范书写的能力，得到运用汇编语言的综合训练，提高解决实际问题的能力。二、 设计内容学生通过该
2、题目的设计过程，可以初步掌握汇编语言的运用、软件开发方法并提高解决实际问题的能力。设计任务包括：1. 弹奏：用户每按一个键盘琴键就弹奏相应的音符；2. 演奏：按下键盘上某一个指定的建后自动弹奏预存琴谱功能；3. 变调：按下键盘上某一指定键后，再弹奏和演奏时琴键相应的音符频率变高；按下另一指定键后，再弹奏和演奏时琴键相应的音符频率变低；4. 程序采用汇编语言在PC机上完成；5. 完成符合学校要求的设计计算说明书。6. 提倡创新。三、 设计要求及工作量1.利用Intel 8086 CPU及其相应的外围扩展电路及接口电路，设计系统硬件原理图，并绘制于2号工程图纸。2.给出程序的设计思路，设计系统软件
3、流程框图，并绘制于2号工程图纸。3.完成设计计算说明书。四、 要提交的成果1. 设计计算说明书一份，包括以下内容：(1) 封面；(2) 设计任务书(3) 课题摘要；(4) 目录；(5) 正文： 简要说明本设计的基本内容、用途及特点； 方案比较及论证； 硬件系统说明（硬件设计思路、系统构成框图、芯片选择、存储空间与I/O地址分配）； 画出完整的硬件电路图，并说明电路的工作原理； 软件系统说明（软件设计思路、源程序清单及必要的注释）； 主要单元电路的设计及参数计算； 列出所用元器件及集成芯片型号； 指出所设计电路的特点和方案的优缺点； 总结体会； 参考文献。备注：设计计算说明书要求用黑色字迹手写。
4、2. 系统硬件原理图纸。3. 系统软件流程框图纸。五、设计进度计划及时间安排六、主要参考资料1.微型计算机原理 王忠民 主编 西安电子科技大学出版社,20132.微型计算机原理与接口技术 李长青，李泉溪主编 中国矿业大学出版社,20063.电气控制与可编程控制器 陈立定,吴玉香,苏开才编广州：华南理工大学出版社,20014.IBM-PC汇编语言程序设计 沈美明. 清华大学出版社,2001年8月第2版5.IBM-PC汇编语言程序设计例题习题集沈美明. 清华大学出版社,1991年6月第1版6.微机系统和接口应用技术 朱世鸿. 清华大学出版社,2006年9月第1版7.微机原理与接口技术课程设计 宋世
5、杰.机械工业出版社，20058.汇编语言课程设计案例精编 李真香等北京：中国水利水电出版社，2004目 录摘 要 .11.绪论 .21.1基本内容： .21.2应用及特点 .22方案的设计及选择 .32.1方案的设计及选择 .32.2方案的论证.33硬件系统说明.43.1硬件设计思路 .43.2 电子琴的硬件框图和硬件连接图.43.3 芯片的选择 .53.4 8253芯片的资料 .84 软件系统设计原理.134.1软件设计原理：.134.2程序流程图： .134.3各功能模块 .24.3.1 发音程序 .24.3.2 延时程序 .24.3.3 停止发音程序 .34.4各模块流程图 .34.4.
6、1系统流程图 .34.4.2发音子程序流程图 .44.4.3自动演奏流程图 .54.5硬件调试 .54.6软件调试 .65芯片清单.1总结.1致谢.26参考文献.3附录.1整体的软件汇编程序 .2摘 要随着电子技术的发展，电子琴很为常见，硬件的设计很费人力与物力，因此软件的应用得到了很好的应用，这个简易电子琴设计采用了软硬件结合的方法完成了任务要求。应用了8255和8253的芯片，利用CPU，8086达到软硬件结合，从而实现电子琴的弹奏和演奏两种方式的应用。可以随心所欲控制电子琴是弹奏和自动演奏。可以随心所欲控制电子琴是弹奏和自动演奏。本课程设计以制作一个简易电子琴为最终结果，主要以硬件测试为
7、主。首先进行电路分析，设计电路图，其次考虑所有可能出现的问题，完善电路图，再选择合适的硬件，最后按照电路图线路搭试，调试测试，直至达到理想的目标。当然在这之前要事先查阅资料。还有测试其芯片是否好坏的电路和方法，同时还要了解芯片原理，当然还要计算八个音阶的产生的频率，测试电子琴我们要一步一步的进行，首先是电路的线路测试，其次是各功能模块的测试，最后再是总体测试。而且要尽量消除噪音 使音质能够很清晰。关键字：8086；8253芯片；855芯片11.绪论随着电子技术的发展，计算机在现代科学技术的发展中起着越来越重要的作用。 多媒体技术、网络技术、智能信息处理技术、自适用控制技术、数据挖掘与处理技术等
8、都离不开计算机。本课程设计是基于微机原理与接口技术的简单应用。随着大规模集成电路的出现极其发展，将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机，它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点.主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面,并且取得了显著的成果.应用系统可以分为:（1）最小应用系统是指能维持运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉,结构简单，常构成一些简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等（2）最小功耗应用系统是指为了保证正常运行，系统的功耗最小.（3）典型应用系统要完成工
9、业测控功能所必须的硬件结构系统。1.1基本内容： 根据扬声器发声原理可知：不同频率的方波通过扬声器可发出不同的声音。 由此构想运用8253通道二工作在方式3的状态下控制其2#计数器对应寄存器中的数值，然后将输出端口OUT2产生的方波通过扬声器转换成为声音。为了实现弹奏按键来控制扬声器，可以通过用开关改变8253（工作在方式3的状态下）2#计数器对应寄存器中的数值，8253输出端口OUT2 通过74LS08后与扬声器相连接。最后要实现的就是将开关对应的数字信号存入寄存器中采用8255A并行接口特点，使端口A工作在方式PB1并作为输出口，端口B工作在方式0，并作为输入口。将开关与8255A的输入端
10、口A相连接。1.2应用及特点众所周知，电子琴，独具特有的魅力：简单易奏，音色丰富，节奏变幻，电声效果，既可模仿大提琴、小提琴、电吉它、小号、长笛、单簧管等管弦乐器，又可模仿大自然中、人类生活中的音色变化、动物声响、宇宙音响、幻想的、电声的各种特殊的音响效果等等，它可以对孩子们产生强烈的吸引力，激发他们探索的好奇心，引起他们的兴趣和爱好。让身、手、脑和口并用，能够陶冶情操、美化心灵、促进记忆、开发智力、增进身心健康，致使电子琴热长久不衰。22方案的设计及选择2.1方案的设计及选择本次设计共设计两个方案，方案一采用了8255/8254芯片，方案二采用了8255/8253芯片，芯片工作方式的不同决定
11、了两个方案的选取。方案一：首先利用了编程程序，编辑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芯片的A端口中，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，从而可以弹奏多个音符的试验目的。方案二：8253的CLK0接1MHz时钟，GATE0接+5V，OUT0接8255的P
12、A0，K8跳线连接喇叭，使用汇编语言设计一个运行于计算机的电子琴程序，程序应实现弹奏功能。其中弹奏:用户每按一琴键弹奏相应音符;软件预想功能为:按数字17为弹奏功能，按下即发出相应的音阶。按键发音，当从键盘上敲击17时，音响发出哆、唻、咪、发、嗦、啦、唏的音节。2.2方案的论证对比方案一和方案二，都有较高的可行性。但由于8254连接比较复杂，而且与8253相比较应用较少，因为本次实验是简易电子琴的设计，需要用到计时和定时功能，所以选择8253。8253具有3个独立的计数通道，采用减1计数方式。在门控信号有效时，每输入1个计数脉冲，通道做1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为
13、定时。而且方案二较方案一连接简单，易控制，易操作，实现性强，检查更改简单。能够更好的实现实验目的，所以最终选择方案二为执行方案。33硬件系统说明3.1硬件设计思路电子琴设计所需硬件有试验箱一台，计算机一台，8086,8253,8255芯片各一个，导线和数据线若干根。（1）.用试验箱上的晶振输出一个高频的信号，接入8253，用软件给8253和8255进行初始化，8255接开关，由开关取数值，后判断发音的频率，并送此分频数给8253，从8253输出相应的音频后，接一个非门，再接入硬件扬声器，扬声器接受到不同频率的波后发出不同的声音。（2）用比较语句cmp和跳转指令来实现开关键和音调的一一对应。（3
14、）用一个按键来控制是自动演奏还是手动弹奏。为高电平时是自动演奏；为低电平时是手动弹奏。（4）其中用一个延时程序，使得发一个音有一定的延时时间。从而能使得可以被听见。（5）有个停止程序，使得晶振不能使得扬声器发生（在没有按键的情况下）。（6）用开关控制自动播放的开始和停止。在完成上述步骤之后，硬件的连接就大致完成，下面将详述硬件的连接图。3.2 电子琴的硬件框图和硬件连接图8086微处理器是计算机系统的核心部件，以8086连接8253和8255芯片。8255控制开关并获取开关地址。8253用计时功能将代码转换高低频率再通过扬声器播放音乐。图 3.1 硬件框图48255与开关相连，从开关上获取开关
15、的开启和关闭的信息（即开关的地址），然后根据8086的程序给8253赋个初值，晶振给8253一个固定的频率，在不同的分频数下得到不同的频率，将频率通过8253的2计数器送给一个非门，非门出来接扬声器。不同的频率使得扬声器发出不同音色的声音图 3.2 电路连接图8255的8个引脚控制8个开关，8个开关对应8个音节，将信息传送给8086后，再通过8253连接扬声器，通过扬声器将音乐播放。3.3 芯片的选择此次试验，共选用三个芯片用来对电子琴的设计，分别是8255,8253,8086；下面详细介绍各个芯片内部结构及工作方式。（1）8255的内部结构：8255内部有三类8位端口，端口A,端口B和端口C
16、，两组控制电路A组和B组，数据总线缓冲器和读写逻辑控制。5图3.3 8255内部结构图（2）8255的管脚图：8255具有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。图3.4 8255管脚（3）8255的方式选择控制字：68255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种： 方式选择控制字把A、B、C三个端口分为A、B两组来设定工作方式。A组包括端口A和端口C的上半部，B组包括端口B和端口C的下半部。 端口A可工作于3种方式中的任何一种：端口B只能工作于方式0和方式1；而端口C
17、除用作输入、输出口（方式0）外，通常用来配合端口A和端口B提供联络控制信号和状态信号。 归在同一组的两个端口可分别作为输入端口或输出端口，不要求同为输入或输出。图 3.5 8255方式控制字(4)8255端口C按位置位/复位控制字 端口C按位置位/复位控制字尽管是对端口C进行操作的，但此控制字必须写入控制口，而不写入端口C。 个控制字只能完成端口C中某一位置的置1或置0，要对多位置1或置0，必须使用多个控制字。7图3.6 C端口的方式控制字(5)采用的方式控制字使用8255的B口作为数据输入端，与开关相连接（即D1:1）； 使用工作方式0(即D6 D5：0 0)。综上：8255的方式控制字为：
18、1000 0010（即82H）3.4 8253芯片的编程8253内部有三个计数器，分别称为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立（1）8253的方式控制字8253有一个8位的控制字寄存器，其格式如下：若计数器2，11读写，工作方式3bcd数图3.7 8253的方式控制字8其中：D0：数制选择控制。为1时，表明采用BCD码进行定时/计数；否则，采用二进制进行定时/计数。D3-D1：工作方式选择控制。000，0；001，1；X10，2；X11，3；100，4；101，5； D5 D4：读写格式。00，计数锁存
19、命令；01，读/写高8位命令；10，读/写低8位命令；11，先读/写低8位，再读写高8位命令。D7 D6：通道选择控制。00 0通道；01，1通道；10，2通道；11，非法（2）要选用的两种工作方式方式3方波速率发生器方式3的波形如图3.8和图3.9所示，这种方式下的输出与工作方式方式2都是周期性的，不同的是周期不同，CPU写入控制字后，输出OUT变高，写入计数值后开始计数，不同的是减2计数，当计数到一半计数值时，输出变低，重新装入计数值进行减2计数，当计数到0时，输出变高，装入计数值进行减2计数，循环不止。在方式3下，8253有下列使用特点： 通道可以连续工作； 关于计数值的奇偶，若为偶数，
20、则输出标准方波，高低电平各为N/2个；若为奇数，则在装入计数值后的下一个CLK使其装入，然后减1计数，（N1）/2，OUT改变状态，再减至0，OUT又改变状态，重新装入计数值循环此过程，因此，在这种情况下，输出有（N1）/2个CLK个高电平，（N1）/2个CLK个低电平； GATE信号能使计数过程重新开始，当GATE0时，停止计数，当GATE变高后，计数器重新装入初值开始计数，尤其是当GATE0时，若OUT此时为低，则立即变高，其它动作同上； 在计数期间改变计数值不影响现行的计数过程，一般情况下，新的计数值是在现行半周结束后才装入计数器。但若中间遇到有GATE脉冲，则在此脉冲后即装入新值开始计
21、数。计数值为偶数时，即最低有效位（LSB）为偶数时，输出标准方波，且方波图如下图所示：9图 3.8 8253的工作方式3计数值为奇数时，即最低有效位（LSB）为奇数时，在装入计数值后的下一个CLK使其装入，然后减1计数，且方波图如下图所示：图 3.9 8253的工作方式3（3）方式5硬件触发的选通信号发生器方式5的波形如图3.10所示图 3.10 8253的工作方式5在这种方式下，当控制字写入后，OUT立刻变高，写入计数值后并不立即开始计数，而是由GATE的上升沿触发启动计数的，当计数到0时，输出变低，经过一个CLK之后，10输出恢复为高，计数停止，若再有GATE脉冲来，则重新装入计数值开始计数，上述过程重复。方式5下，8253有下列使用特点： 在这
