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1、-微机课设 电子琴课 程 设 计题 目学 院专 业班 级姓 名指导教师年月日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 张 锐 工作单位： 自动化学院 题 目: 计算机电子琴软件软件设计 初始条件：1.用于调试程序的IBM兼容PC机一台；2.安装DOS/WIN98操作系统或运行于DOS/ WIN98兼容方式；3. EDIT 等文本编辑器输入80x86汇编程序，MASM 5.0编译及链接程序。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.使用汇编语言设计一个运行于计算机的电子琴软件，软件应实现弹凑功或演凑。其中弹凑：用户每按一琴键弹凑相应音符；演凑：
2、按下某键后自动弹凑预存琴谱功能；还可以附加变调、变速和记录创作等其它功能。2.说明书撰写格式应符合课程设计说明书统一书写格式。时间安排：1.程序框图设计，3天2.编程，4天3.调试，3天4.编写设计报告，4天指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录目录2摘要31 设计任务和思路4442硬件部分工作原理52.1 8255工作原理52.2 8253工作原理53程序流程图6663.3 音乐播放子程序流程图673.5 发音子程序流程图74 各部分功能实现说明74.1 发音部分功能实现74.2 变调功能的实现84.3 弹奏功能的实现84.3 演奏功能的实现94.3.1 歌曲选
3、择功能实现94.3.2 音乐播放功能实现105 程序运行结果10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电子琴软件，软件能够实现弹奏,演奏的功能,当按下弹奏键时,实现弹奏功能,发出音符对应频率的声音,按下演奏键时,实现演奏功能,播放预存的音乐,按下指定的音调选择按键后,选择低音,中音或高音,则分别用低音,中音或高音进行弹奏或演奏。首先介绍了PC机内扬声器的控制电路，接着介绍了相关接口芯片8255和8253的内部
4、结构和工作原理，接着讲述了各部分功能的具体实现方法。关键词：汇编语言，8255,8253，扬声器 -第 7 页学 号： 计算机电子琴软件设计1 设计任务和思路使用汇编语言设计一个运行于计算机的电子琴软件，软件应实现弹奏功能或演奏功能。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、变速和记录创作等其它功能。软件预想功能为:按数字1-8为弹奏功能；按字母p为演奏功能；按d选择低音，按z选择中意，按g选择高音。 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PC机内扬声器的发声规律，按下相应的按键后，扬声器能发出指定频率的声音。PC机内的扬声器
5、是通过并行接口芯片8255和定时芯片8253来控制发音的，其电路连接方式如下图所示。 8255A PB1 PB0 CLK2 8253GATE2 OUT2 &扬声器图1 PC机内扬声器控制电路由图可知，扬声器是由8253通道2产生的方波信号和8255的PB1 相与后驱动发声的，且通道2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关断,而其发音频率可以通过对8253通道2的计数初值的设置来控制。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2
6、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所示。表1 各音符频率表音符1234567频率(低)131147165175196220247频率(中)262294330349392440494频率(高)5245886606987848809882硬件部分工作原理2.1 8255工作原理8255的内部结构图如图2所示,它有3个数据端口,分为两组，A组由A口和C口高四位组成，B组由B口和C口低四位组成。其方式控制字如图3所示。 图2 8255内部结构图 图3 8255方式控制字PC机内8255的A口，B口，C口和控制口的端口地址分别为：60H,61H,62H,63H。2.2 8
7、253工作原理 8253芯片中有3个计数通道，称为通道0,1,2，它们与外部电路相连的信号线有3根：CLK,GATE,OUT，CLK是脉冲输入端，GATE是门控信号，OUT是输出信号，计数器工作在减1状态。其内部结构图和方式控制字格式如图4,图5所示。 其中当计数器工作在方式3时,输出信号为方波信号。 图4 8253内部结构图 图5 8253控制字格式PC机内8253的通道0,通道1,通道2，控制口的端口地址分别为：40H,41H,42,43H。因为扬声器是由通道2来控制的，故应选择通道2，工作方式选为方式3，输出的信号则为方波信号。3程序流程图 主程序的流程图如图6所示: 图6 主程序流程图
8、 图7 音乐播放子程序流程图当按键为p为时，调用音乐播放子程序，音乐播放子程序的流程图如图7所示。3.3 音乐播放子程序流程图 演奏时,通过判断按键为1或2来调用音乐播放子程序1或2,音乐播放子程序流程图如图8所示。 当按键为1-8时，调用演奏子程序，演奏子程序的流程图如图9所示：3.5 发音子程序流程图 在弹奏和演奏时都需调用发音子程序，发音子程序的作用是控制扬声器的发音，其流程图如图10。图8 音乐播放子程序流程图 图9 演奏子程序流程图 图10 发音子程序流程图4 各部分功能实现说明4.1 发音部分功能实现由更件的连接形式可知，扬声器的开断是由8255的PB0和PB1以及8253通道2同
9、时控制的，PB0和PB1同时为高电平时，扬声器开，有一个为低电平时，扬声器关断，又知8255 B口地址为61H,8253通道2地址为42H,控制口地址为43H。具体程序编写如下。 8253初始化程序段： mov al,10110110b ；选择8253的通道2，并设置为工作方式3out 43h,al mov ax,bxout 42h,al ；将计数初值的低8位写入计数通道mov al,ahout 42h,al ；将计数初值的高8位写入计数通道开扬声器程序段：in al,61h ;读入B口数据or al,03h ;将PB0 和PB1置1out 61h,al ;将设置好的数据送回B口关扬声器程序段
10、：in al,61h ;读入B口数据 and al,0fch ;将PB0 和PB1置0out 61h,a ;将设置好的数据送回B口4.2 变调功能的实现 扬声器发音的频率是由8253产生方波的频率决定的，而方波频率又是由通道的计数初值来决定的，因此可以通过改变通道的计数初值来实现变调功能。计数初值N=时钟频率/音阶频率，时钟频率为1.19318MHZ=1234DCH，可以将相应音调对应的时钟频率存入内存单元，当选择相应的音调时，计算计数初值时，采用对应的时钟频率值，具体程序如下。 cmp al,l ；为l则选择低音 jne j1 mov num2,50 jmp choice j1:cmp al
11、,m ；为m则选择中音 jne j2 mov num2,12h jmp choice j2:cmp al,h ；为h则选择高音 jne loop0 mov num2,06h其中，num1和num2中存放的是时钟频率值，num1中固定为34DCH，选择低音时，num2值设为50，中音时设为12H，高音时设为06H。计算计数初值程序如下：mov ax,num1 mov dx,num2 div 音符频率通过这样的设置，即可实现电子琴的变调功能。 4.3 弹奏功能的实现当按键为数字1-8时，选择弹奏功能，通过对按键的判断，求得其偏移地址。然后由偏移地址显示弹奏的音符。然后通过查表得其相应频率值，再由上
12、述计算计数初值的方法求得计数初值，然后将计数初值送人8253的通道2，最后调用发音子程序即实现弹奏功能。具体程序段如下： sub al,31h ;求偏移量 shl al,1 mov bl,al ;保存偏移量 mov bh,0 push bx ;显示音符 shl bl,1 mov dx,offset tab_num add dx,bx mov ax,0900h int 21h pop bx mov ax,num1 ;计算计数初值 mov dx,num2 div word ptrtab+bx mov bx,ax ;保存计数初值4.3 演奏功能的实现4.3.1 歌曲选择功能实现 当按键为p时，选择演
13、奏功能，播放预存的音乐，由于预存了两首歌曲，因此需进行选择，按下p后，显示输入提示信息，按1或2选择对应的歌曲，然后调用相应的音乐播放子程序，播放完后显示输入提示信息，按q退出，按c继续。具体程序实现如下：loop2: mov dx,offset mesg1 ;显示输入提示信息mov ah,09hint 21h mov ah,07h ；从键盘读入一个字符int 21hcmp al,q ；为q则退出je choicecmp al,1 ；为1则选择歌曲1jne next1 call music1jmp loop3next1:cmp al,2 ；为2则选择歌曲2jne loop2 ；不为q，1,2则
14、重新选择call music2loop3:mov dx,offset mesg2 ；播放完后显示输入提示信息 mov ah,09h int 21hmov ah,7 ；从键盘读入一个字符int 21hcmp al,q ；为q则返回je choicecmp al,c ；为c则继续播放je loop2jmp loop34.3.2 音乐播放功能实现 选择歌曲后，调用对应的音乐播放子程序，音乐播放需用到循环结构，首先将计数器清零，接着计数器自增1，求得偏移量，然后通过查表的到相应的频率，再计算计数初值，将计数初值送人8253计数通道，调用发音子程序，若计数器的值大于歌曲长度，则返回。具体程序段如下。 m
15、ov cl,0 ；将计数器清零ad:inc cl ；计数器值自增1cmp cl,31 ；计数器值若大于歌曲长度，则返回je returnmov al,cl sub al,1 ；求偏移量shl al,1mov bl,al ；保存偏移量mov bh,0mov ax,num1 ；计算计数初值mov dx,num2div word ptrsong2+bxmov bx,axcall speaker ；调用发音子程序jmp ad5 程序运行结果 运行程序后，显示如下界面,等待输入字符。图11 程序运行结果图1 按提示输入字符，按q则退出，按d选择低音，按z选择中音，按g选择高音，选择音调后，显示如下界面：
16、图12 程序运行结果图2等待输入字符，按q则退出，按p则演奏，按数字1-8则弹奏。按下p后，程序运行如下：图13 程序运行结果图3按提示输入字符，按下q则返回，按下1或2进行歌曲选择，歌曲播放完后程序运行如下：图14 程序运行结果图4按提示按下键盘，若按下q，则推出，若按下c，则继续播放歌曲。下面是按下c后的运行结果： 图15 程序运行结果图5 按提示按下键盘，若按下q，则推出，若按下c，则继续播放歌曲。下面是按下q后,依次按12345678的运行结果：图16 程序运行结果图6 下面是按下q的运行结果：图17 程序运行结果图7结束语通过这次课程设计,我从中学到了许多从课本上学不到的东西,锻炼了
17、自己编程的能力,最后程序运行时能够实现目标，我感到很有成就感，从中也获得了很多乐趣，当然，最重要的是加深了我对课本理论知识的理解。在看到这个题目的时候我不知道如何能让电脑发声，所以在查阅了很多资料和借鉴了别人的程序之后，我终于掌握了电脑发声的原理。总之，这次课程设计让我学到了许多从课本上学不到的知识，加深了对理论知识的理解，激发了我对汇编语言的兴趣。上理论课时，只是老师讲，我们听，那些指令让我感到很枯燥，因为不知道它到底有什么作用，而这次课程设计刚好把这些指令应用到了实际中来，加深了对各种指令功能的理解，最后功能实现时，感到很有成就感，觉得汇编语言很神奇，激发了我对它的兴趣。参考文献1 彭虎，周佩玲.微机原理与接口技术（第二版）.电子工业出版社,20102 陈慧杰. 计算机扬声器发声的控制. 内蒙古民族大学出版社，20013 Peter Abel著，沈美明等译. IBM PC汇编语言设计程序. 人民邮电出版社，20024 冯继超.微机原理实验指导书.武汉理工大学出版社，2010本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日