微機(jī)原理課程設(shè)計音樂播放器

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計 一、課程設(shè)計的任務(wù)和目的課程設(shè)計題目：音樂播放器課程設(shè)計的實現(xiàn)目的：本課程設(shè)計主要是通過匯編語言用軟件編程的方法實現(xiàn)簡單的音樂播放功能。通過在微機(jī)原理與接口技術(shù)課程上所學(xué)的匯編知識和8253/8254芯片相關(guān)知識，來完成本課程設(shè)計；用匯編程序完成鍵控音樂播放器的，用8253/8254定時器來產(chǎn)生聲音。該播放器有若干首歌曲可以選擇，開始時輸出說明，要用戶選擇要播放的歌曲，然后根據(jù)用戶按鍵進(jìn)行播放、退出或出錯提示。通過課程設(shè)計環(huán)節(jié)來加強(qiáng)對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用。二、課程設(shè)計相關(guān)知識 2.1 定時/計數(shù)器8253/58254 在微機(jī)及控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到定時信號。如系統(tǒng)的

2、日歷時鐘，動態(tài)存儲器刷新。對外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制時也需要定時中斷、定時檢測、定時查詢等。定時的方法主要是兩種：軟件定時：利用指令的執(zhí)行時間設(shè)計循環(huán)程序，使cpu 執(zhí)行延遲子程序的時間就是定時時間。缺點：執(zhí)行延遲時，cpu 一直被占用，降低了cpu 的效率。硬件定時：用計數(shù)器/定時器作為主要硬件，在軟件簡單指令的控制下產(chǎn)生精確的時間延遲。突出優(yōu)點為計數(shù)時不占用cpu 時間，如利用定時器/計數(shù)器產(chǎn)生中斷信號，可建立多作業(yè)環(huán)境，提高了cpu 效率。作為定時器可用8253或者8254，二者功能基本相同，知識工作的最高頻率不一樣。本實驗就采用了8254，其主要功能為：(1)每片上有3 個獨立的16 位的減計

3、數(shù)器通道。(2)對于每個計數(shù)器，都可以單獨作為定時器或計數(shù)器使用，并且都可以按照二進(jìn)制或十進(jìn)制來計數(shù)。(3)每個通道都有6 種工作方式，都可以通過程序設(shè)置或改變。(4)每個計數(shù)器的速率可高達(dá)10mhz。主要部分有：數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫控制邏輯、控制字寄存器、計數(shù)通道0#、1#、2#：內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖： 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.2 8254外部引腳8254芯片是具有24個引腳的雙列直插式集成電路芯片，其引腳分布如圖所示。8254芯片的24個引腳分為兩組，一組面向cpu，另一組面向外部設(shè)備，各個引腳及其所傳送信號的情況，介紹如下： 8254的引腳（1）d7d0：雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)線引腳，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線連

4、接，傳送控制、數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。（2）rd：來自于cpu的讀控制信號輸入引腳，低電平有效。（3）wr：來自于cpu的寫控制信號輸入引腳，低電平有效。（4）cs：芯片選擇信號輸入引腳，低電平有效。（5）a1、a0：地址信號輸入引腳，用以選擇8254芯片的通道及控制字寄存器。（6）vcc及gnd：+5v電源及接地引腳。（7）clki: i=0,1,2,第i個通道的計數(shù)脈沖輸入引腳，8254規(guī)定，加在clk引腳的輸入時鐘信號的頻率不得高于2.6mhz，即時鐘周期不能小于380ns。（8）gatei: i=0,1,2,第i個通道的門控信號輸入引腳，門控信號的作用與通道的工作方式有關(guān)。（9）outi：i=

5、0,1,2,第i個通道的定時/計數(shù)到信號輸出引腳，輸出信號的形式由通道的工作方式確定，此輸出信號可用于觸發(fā)其它電路工作，或作為向cpu發(fā)出的中斷請求信號。2.3 8254端口地址 8254控制字說明 : (1) 8254每個通道對輸入clk按二進(jìn)制或二十進(jìn)制從預(yù)置值開始減1計數(shù)，減到0時從out輸出一個信號。 (2) 8254編程時先寫控制字，再寫時間常數(shù)。2.4 8254工作方式(1) 方式0：計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式當(dāng)寫入控制字后，out變?yōu)榈碗娖?，?dāng)寫入初值后立即開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)結(jié)束時，變成高電平。(2) 方式1：可編程單次脈沖方式當(dāng)初值裝入后且gate由低變高時，out變?yōu)榈碗娖?，計?shù)結(jié)束

6、變?yōu)楦唠娖健?3) 方式2：頻率發(fā)生器方式當(dāng)初值裝入時，out變?yōu)楦?；計?shù)結(jié)束，out變?yōu)榈?。該方式下如果計?shù)未結(jié)束，但gate為低時，立即停止計數(shù)，強(qiáng)制out變高，當(dāng)gate再變高時，便啟動一次新的計數(shù)周期。(4) 方式3：方波發(fā)生器當(dāng)裝入初值后，在gate上升沿啟動計數(shù)，out 輸出高電平； 當(dāng)計數(shù)完成一半時，out輸出低電平。方式3與方式2的工作方式類似，也是在初始化完成后能重復(fù)循環(huán)計數(shù)，只是輸出的波形不同。(5)方式4：軟件出發(fā)選通方式進(jìn)入工作方式4，outi輸出高電平。 裝入計數(shù)值n后， 如果gate為高電平，則立即開始減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值減到“0”為止，outi輸出寬度為一個c

7、lki周期的負(fù)脈沖。由軟件裝入的計數(shù)值只有一次有效，如果要繼續(xù)操作， 必須重新置入計數(shù)初值n。如果在操作的過程中，gate變?yōu)闊o效，則停止減“1”計數(shù)， 到gate再次有效時，重新從初值開始減“1”計數(shù)。（6）方式5：硬件觸發(fā)方式計數(shù)進(jìn)入工作方式5， outi輸出高電平， 硬件觸發(fā)信號由gate端引入。 因此，開始時gate應(yīng)輸入為0， 裝入計數(shù)初值n后，減“1”計數(shù)并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號由gate端引入一個正階躍信號，減“1”計數(shù)才會開始，待計數(shù)值計到“0”， outi將輸出負(fù)脈沖，其寬度固定為一個clki周期，表示定時時間到或計數(shù)次數(shù)到。三、程序設(shè)計思路所有音樂都是由各個不同頻率

8、的音階和其延續(xù)時間的長短來實現(xiàn)的。不同的音樂是由各個音階按某種排列各自播放一定時間形成的，將各音樂音階和其延續(xù)時間存在數(shù)據(jù)段中，然后根據(jù)不同按鍵值選擇不同的音階和時間表，再使用計數(shù)器產(chǎn)生該音階頻率。cpu通過對定時器的通道2（端口地址為42）進(jìn)行編程，使其i/o寄存器接收一個控制聲音頻率的16位計數(shù)值，端口61h的最低控制通道2門控的開斷。以產(chǎn)生特殊的音響。當(dāng)定時器接收的計數(shù)值為533h時，能產(chǎn)生896hz的聲音，因此產(chǎn)生其他頻率的計數(shù)值就可算出來：533hz×896÷頻率=1234dc÷頻率在送出頻率計數(shù)值之前，還要給方式寄存器送一個方式值，該數(shù)決定對哪一個通道

9、編程，采用什么模式，送入通道的計數(shù)值是一字節(jié)還是兩字節(jié)，是二進(jìn)制碼還是bcd碼。其位組合的格式如下：當(dāng)通道2用于發(fā)聲時，采用的是模式3，在模式3下，輸出線為“1”和為“0”的時間各占計數(shù)時間的一半，因而產(chǎn)生一系列間隔均勻的脈沖。 產(chǎn)生指定頻率聲音的程序段如下： mov al，0b6h out 43h，al ；43h為8254的控制字端口 mov dx，12h mov ax，34dch div di ；（di）=頻率 out 42h，al ；42h為8254的通道2端口 mov al，ah mov 42h，al從定時器輸出的方波信號，經(jīng)功率放大和濾波后驅(qū)動揚聲器。送到揚聲器的信號還受到了從并行接

10、口芯片8255（端口地址為61h）來的雙重控制，端口61h的最低位控制通道2的門控開斷，以產(chǎn)生特殊的音頻信號，端口61h的pa1位和定時器的輸出信號同時作為與門的輸入，pa0和pa1位可由程序決定為0還是為1。顯然只有pa0和pa1都是1時，才能使揚聲器發(fā)出聲音?？刂埔糸L的時間可以簡單地通過反復(fù)執(zhí)行指令來得到。我們知道執(zhí)行2801次loop指令約需要10ms的時間。因此用10ms的倍數(shù)值來控制揚聲器開關(guān)的時間間隔，就可控制發(fā)聲的音長了。實現(xiàn)程序如下： in al，61h mov ah，al or al，3 out 61h，al ;開揚聲器l： mov cx，2801dy：loop dy dec

11、 bx jnz l mov al，ah out 61h，al ;關(guān)揚聲器四、功能流程圖及子程序說明1、總流程圖main程序:main程序是總程序，輸出說明，等待用戶按鍵并讀取鍵值。根據(jù)不同的按鍵選擇調(diào)用播音子程序播放不同的歌曲。2、音樂播放子程序流程圖play子程序:play子程序是播音子程序，si指向音節(jié)表中的頻率，bp指向音節(jié)表中的時間。從si的指向的音節(jié)表中取一個頻率，只要不是-1，即有效就再讀取時間，然后計算計數(shù)初值送入計數(shù)器，產(chǎn)生各種頻率。開啟揚聲器，根據(jù)所取的時間調(diào)用若干次延時子程序。這段時間揚聲器就發(fā)出該頻率的聲音，延時結(jié)束，就關(guān)閉揚聲器，調(diào)用音節(jié)之間的小延時程序。最后修改si和

12、bp，指向下一個頻率，重復(fù)上面的工作delay子程序和delay_off子程序:兩個都是子程序，采用空操作循環(huán)多次的方法，只是第二個延時時間較短，大概為5ms。五、試驗結(jié)果截屏：初始界面：如果按錯了鍵，會出現(xiàn)如下界面:如果選擇正確，將出現(xiàn)如下界面：六、參考文獻(xiàn)【1】李長青. 微機(jī)原理與接口技術(shù). 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006【2】沈美明. 匯編語言程序設(shè)計實驗教程. 北京：清華大學(xué)出版社，2002年【3】周明德. 微機(jī)原理與接口技術(shù). 北京：人民郵電出版社，2002年七、總結(jié)在本次設(shè)計中，可以說是一次成功的經(jīng)驗。在我們學(xué)完了微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)這門課的基礎(chǔ)上來做這個設(shè)計，通過設(shè)計后，

13、使我們對這門課的理論知識的理解有很大程度上的加強(qiáng)。微機(jī)原理這門課程本身是一門實驗性和工程性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課，因此不僅要重視理論教學(xué)，更應(yīng)注意實踐技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練。課程設(shè)計是這門課程的一個重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計，鞏固、加深和拓寬了學(xué)習(xí)的理解，本課程設(shè)計的重點目標(biāo)是使用匯編語言，而不過多涉及硬件方面的太多知識。在編程方面我通過本次課程設(shè)計學(xué)到了很多。一開始面對很長的程序往往有畏難情緒，感覺無法下手，沒辦法只能硬著頭皮啃下去，多看幾個和音樂播放有關(guān)的匯編程序，然后我就能慢慢看懂了并理解了別的作者的設(shè)計思路。然后再根據(jù)自己的思路，對照本人在圖書館借的匯編語言指導(dǎo)書慢慢編寫符合自己思路的程序。一次寫出來

14、的程序肯定不會是正確的，還需要進(jìn)一步調(diào)試它。檢查程序過程中，在充分思考的基礎(chǔ)上多次實驗是檢查改正程序的良方。編寫程序的過程中，體會最深的是子程序的調(diào)用和程序的條理問題，一個程序就算功能實現(xiàn)了，但是也要使主程序和子程序的條理分明，易讀性高，才能算一個比較好的程序。調(diào)試程序中，學(xué)習(xí)了debug 的使用，debug對檢查程序的錯誤作用很大。同時，也要靈活使用各種調(diào)試方法，來縮小尋找錯誤的范圍。書到用時方恨少。在課程設(shè)計過程中，我才體會到這句話的深意。課堂上學(xué)的8254的知識和匯編語言都太少，還不足以完成本次課設(shè)，為此我經(jīng)常跑圖書館借了各種各樣的工具書。有的書用處較大，有的書僅能用到一小塊知識，就是這

15、樣，一步步在知識的海洋里我尋覓著自己需要的東西，確實克服了不少困難，解決了不少問題。或許坎坷才能更好的使人成長。在這次的課程設(shè)計中，我的收獲是不但做出了一個符合要求的音樂播放器，而且為自己積累了一些寶貴的經(jīng)驗。同時我也對音樂方面的頻率知識有了一些認(rèn)識，我想如果不是本次課程設(shè)計中用到這方面知識，我這輩子可能沒有機(jī)會去接觸這方面的知識了。這，或許也是我比別的同學(xué)多出的一點收獲吧！六、附錄1、源程序代碼：sseg segment para stack 'stack' dw 100h dup(0) ;resize the stack by changing the number 

16、9;100'sseg endsdseg segmentinfo1 db 0dh,0ah,'-',0dh,0ah,'there are 3 songs:',0dh,0ah,0dh,0ah,'$'info2 db '1.happy birthday',0dh,0ah,'$'info3 db '2.sheep',0dh,0ah,'$'info4 db '3.river',0dh,0ah,'$'info5 db '0.exit',0dh

17、,0ah,'$'info6 db 'you have chosen :$'info7 db 'thank you for your use',0dh,0ah,'$'info8 db '-',0dh,0ah,'press the key to select song!',0dh,0ah,'$'info9 db 0dh,0ah,'-',0dh,0ah,'|invalid selection|',0dh,0ah,'-',0dh,0ah,

18、9;$'freg1 dw 2 dup(262),294,262,349,262,262,294,262,392,249,262,262,523,440,349 ;曲1的頻率dw 330,294,466,266,440,349,392,349,-1time1 dw 1,1,2,2,2,4,1,1,2,2,2,4,1,1,2,2,2,2,4,1,1,2,2,2,4 ;曲1的時間freg2 dw 330,294,262,294,3 dup(330) ;曲2的頻率dw 3 dup(294),330,392,392dw 330,294,262,294,4 dup(330)dw 294,294,3

19、30,294,262, -1time2 dw 6 dup(1),2 ;曲2的時間dw 2 dup(1,1,2)dw 12 dup(1),4freg3 dw 330,392,330,294,330,392,330,294,330,330,392,330,294,262,294,330,392,294 ;曲3的頻率dw 262,262,220,196,220,262,294,332,262, -1time3 dw 3 dup(2),1,1,2,1,1,4 ;曲3的時間dw 2 dup(2,2,1,1),4dw 3 dup(2,1,1,1),4dseg endscseg segment assume

20、 cs:cseg, ds:dseg, es:dseg, ss:sseg init proc ;初始化程序 mov ax, dsegmov ds, axmov es, ax init endp main proc ;程序入口 call init re: mov dx,28bh ;關(guān)閉揚聲器mov al,89hout dx,almov dx,28ahin al,dxmov dx,288hout dx,al lea dx,info1 ;輸出說明信息mov ah,09hint 21hlea dx,info2int 21hlea dx,info3int 21hlea dx,info4int 21hlea

21、 dx,info5int 21hlea dx,info8int 21hmov ah,01h ;讀取按鍵int 21hcmp al,'1' ;根據(jù)不同的按鍵播放不同的曲子je music1cmp al,'2'je music2cmp al,'3'je music3cmp al,'0'je exitlea dx,info9 ;無效選擇，輸出錯誤提示mov ah,09hint 21hjmp re music1:mov si,offset freg1 ;指向曲1的表mov bp,offset time1call playjmp remus

22、ic2:mov si,offset freg2 ;指向曲2的表mov bp,offset time2call playjmp remusic3:mov si,offset freg3 ;指向曲3的表mov bp,offset time3call playjmp reexit:mov dx,28bh ;關(guān)閉揚聲器mov al,89hout dx,almov dx,28ahin al,dxmov dx,288hout dx,allea dx,info7 ;輸出歡迎使用信息，增加界面友好度mov ah,09hint 21hmov ax, 4c00h ;the end of the program,

23、return to the system int 21h main endp play proc ;play子程序，功能上面介紹過 l1:mov bx,ds:si ;取頻率 cmp bx,-1 ;看是否有效 je l0 ;無效就退出 mov cx,ds:bp ;讀取時間 mov dl,cl ;保存時間 add dl,30h mov ah,02h int 21h mov dx,0fh ;計算計數(shù)初值，1m的十六進(jìn)制為0f4240h mov ax,4240h div bx mov bx,ax mov dx,283h ;設(shè)置計數(shù)器工作方式 mov al,36h out dx,al mov dx,28

24、0h ;輸入計數(shù)初值 mov ax,bx out dx,al mov al,ah out dx,al mov dx,28bh ;開揚聲器mov al,89hout dx,almov dx,28ahin al,dxnot almov dx,288hout dx,al rod:call delay ;延時 loop rod mov dx,28bh ;關(guān)揚聲器mov al,89hout dx,almov dx,28ahin al,dxmov dx,288hout dx,al call delay_off ;音節(jié)間延時 add si,2 add bp,2 jmp l1 l0:ret play endp

25、 delay proc ;延時子程序 push ax push bx push cx push dx mov bx,09fhll1:mov cx,0ffffh ;循環(huán)這么多次lop: loop lopdec bxjnz ll1pop dx pop cx pop bx pop ax ret delay endp delay_off proc push ax push bx push cx push dx mov bx,0fhll2:mov cx,0cfffhlop2: loop lop2dec bxjnz ll2pop dx pop cx pop bx pop ax retdelay_off e

26、ndpcseg endsend main2、各個音符的對應(yīng)頻率表：音符  頻率/hz 半周期/us 音符 頻率/hz 半周期/us低1do  262     1908    #4fa#   740     0676#1do#  277     1805   中5so &

27、#160; 784     0638低2re  294     1700   #5so#   831     0602#2re#  311     1608   中6la   880    

28、 0568低3m   330     1516   #6la#   932     0536低4fa  349     1433   中7si   988     0506#4fa#  370

29、0;    1350   高1do   1046    0478低5so  392     1276   #do#    1109    0451#5so#  415     1205   高2re   1175    0426低6la  440     1136   #2re#   1245    0402#6la#  466