简易电子琴的设计7.docx
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简易电子琴的设计7.docx
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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Intel8086CPU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:
①简要说明本设计的基本内容、用途及特点;
②方案比较及论证;
③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);
④画出完整的硬件电路图,并说明电路的工作原理;
⑤软件系统说明(软件设计思路、源程序清单及必要的注释);
⑥主要单元电路的设计及参数计算;
⑦列出所用元器件及集成芯片型号;
⑧指出所设计电路的特点和方案的优缺点;
⑨总结体会;
⑩参考文献。
备注:
设计计算说明书要求用黑色字迹手写。
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,2013
2.《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,2006
3.《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,2001
4.《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》宋世杰.机械工业出版社,2005
8.《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..................................................................................................................................1
1.绪论................................................................................................................................2
1.1基本内容:
.........................................................................................................2
1.2应用及特点.........................................................................................................2
2方案的设计及选择.........................................................................................................3
2.1方案的设计及选择.............................................................................................3
2.2方案的论证..........................................................................................................3
3硬件系统说明..................................................................................................................4
3.1硬件设计思路.....................................................................................................4
3.2电子琴的硬件框图和硬件连接图.....................................................................4
3.3芯片的选择........................................................................................................5
3.48253芯片的资料...............................................................................................8
4软件系统设计原理.......................................................................................................13
4.1软件设计原理:
................................................................................................13
4.2程序流程图:
...................................................................................................13
4.3各功能模块.........................................................................................................2
4.3.1发音程序..............................................................................................2
4.3.2延时程序................................................................................................2
4.3.3停止发音程序........................................................................................3
4.4各模块流程图.....................................................................................................3
4.4.1系统流程图.............................................................................................3
4.4.2发音子程序流程图.................................................................................4
4.4.3自动演奏流程图.....................................................................................5
4.5硬件调试.............................................................................................................5
4.6软件调试.............................................................................................................6
5芯片清单..........................................................................................................................1
总结.....................................................................................................................................1
致谢.....................................................................................................................................2
6参考文献..........................................................................................................................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
1
1.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业测控功能所必须的硬件结构系统。
1.1基本内容:
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
2
2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PA0,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1~7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1~7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。
3
3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)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
4
8255与开关相连,从开关上获取开关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,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3.38255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3.48255管脚
(3)8255的方式选择控制字:
6
8255A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:
①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。
②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。
③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3.58255方式控制字
(4)8255端口C按位置位/复位控制字
①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。
②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3.6C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D6D5:
00)。
综上:
8255的方式控制字为:
10000010(即82H)
3.48253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3.78253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;D5D4:
读写格式。
00,计数锁存命令;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。
D7D6:
通道选择控制。
000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:
①通道可以连续工作;
②关于计数值的奇偶,若为偶数,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,(N+1)/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(N+1)/2个CLK个高电平,(N-1)/2个CLK个低电平;
③GATE信号能使计数过程重新开始,当GATE=0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GATE=0时,若OUT此时为低,则立即变高,其它动作同上;
④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3.88253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3.98253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3.108253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:
①在这
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