微機(jī)接口課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子琴

1、微機(jī)接口課程設(shè)計(jì)報(bào)告微機(jī)接口課程設(shè)計(jì)報(bào)告 （2010201020112011 第一學(xué)期）第一學(xué)期） 學(xué)學(xué) 院：院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院 專專 業(yè)：業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 課題名稱：課題名稱：電子琴電子琴 組組 員：?jiǎn)T： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 目錄目錄 前言前言 .4 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.5 1、課程設(shè)計(jì)題目.5 2、 原始資料.5 2.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.5 2.2、設(shè)計(jì)參考.5 3、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 .5 3.1、課程設(shè)計(jì)的目的意義：.5 3.2、本課題研究的主要內(nèi)容：.6 3.3、提交的成果：一份符合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書.6 第一章第一

2、章 概述概述.7 1.1 電子琴設(shè)計(jì)的背景 .7 1.1.1 軟件定時(shí)法.7 1.1.2 硬件定時(shí)法.7 1.2 電子琴設(shè)計(jì)的目標(biāo).8 1.3 設(shè)計(jì)的意義.8 1.4 設(shè)計(jì)環(huán)境.8 1.4.1 設(shè)計(jì)環(huán)境及語(yǔ)言.8 1.4.2 8088 系統(tǒng)地址.8 第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì).10 2.1 設(shè)計(jì)總要求.10 2.2 設(shè)計(jì)原理.10 2.3 軟件設(shè)計(jì)和音樂相關(guān)知識(shí) .10 2.4 硬件設(shè)計(jì).12 2.4.1 8253 編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器.12 2.4.2 脈沖發(fā)生電路（a3）.13 2.4.3 音頻功效模塊（b3）.14 2.4.4 分頻電路（c5）.15 2.5 設(shè)計(jì)原理圖.15 2.6 實(shí)

3、驗(yàn)接線.16 第三章第三章 代碼設(shè)計(jì)及調(diào)試代碼設(shè)計(jì)及調(diào)試.17 3.1 代碼設(shè)計(jì).17 3.1.1 計(jì)數(shù)初始化.17 3.1.2 代碼程序.17 3.2 系統(tǒng)調(diào)試.22 3.2.1 硬件調(diào)試.22 3.2.2 軟件調(diào)試.22 課程設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)總結(jié).23 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).24 前言前言 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用的日益廣泛和深入，接口技術(shù)有 了迅速的發(fā)展，已成為直接影響微機(jī)系統(tǒng)功能和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。微機(jī)接口技 術(shù)是采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研究微處理器如何與“外部世界”進(jìn)行最 佳連接，以實(shí)現(xiàn) cpu 與“外部世界”進(jìn)行高效可靠的信息交換的一門技術(shù)。而 如今接口技術(shù)正在逐漸改善著

4、人們的學(xué)習(xí)、生活、工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望 能夠給人們多帶來(lái)一點(diǎn)生活上的樂趣，接口技術(shù)與音樂的結(jié)合不斷加深。由此 而產(chǎn)生的電子琴在這種形勢(shì)下，因其體積小，易于攜帶，經(jīng)濟(jì)適用，對(duì)初學(xué)者， 尤其對(duì)識(shí)譜的人來(lái)說(shuō)是很容易彈奏的，一首簡(jiǎn)單的曲子靈感好的人甚至不用很 多的練習(xí)和教師的指導(dǎo)就能很快的彈奏出來(lái)。是一般家庭都能承受得了的經(jīng)濟(jì) 投入，而且電子琴鍵盤操作直觀易于掌握。這樣就強(qiáng)烈地激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí) 興趣，迅速地提高了電子琴的普及率。電子琴使用簡(jiǎn)單。深受廣大音樂愛好者 推崇。 作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，掌握電子琴的制作是很好檢驗(yàn)我們所學(xué)知識(shí)應(yīng)用。 作為新時(shí)代的我們更應(yīng)該知道現(xiàn)在的科學(xué)發(fā)展動(dòng)向，隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)

5、和經(jīng)濟(jì)全球 化時(shí)代的來(lái)臨，通信技術(shù)和電子得到了快速發(fā)展帶來(lái)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和電子 行業(yè)工作崗位的變化，電子技術(shù)應(yīng)用型人才需求由操作型、技能型向智能型、 技術(shù)型轉(zhuǎn)化，向高層次、復(fù)合型、綜合性、多樣型發(fā)展，作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技 術(shù)專業(yè)的我們更應(yīng)該了解這些基本知識(shí)，才能在以后的學(xué)習(xí)工作發(fā)揮特長(zhǎng)。 微機(jī)接口技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，除了課堂的理論學(xué)習(xí)外，還需要 強(qiáng)有力的實(shí)踐性環(huán)節(jié)與之相配合，這樣才能得到有效地成果。實(shí)踐與理論的相 結(jié)合，對(duì)提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)的效果十分有益，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，增 強(qiáng)分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力也非常有利。 實(shí)踐性環(huán)節(jié)由微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)和微機(jī)接口課程設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)

6、 學(xué)生的動(dòng)手能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，以達(dá)到調(diào)查研究、 分析問(wèn)題的能力；使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、技術(shù)規(guī)范的能力；查閱中外文獻(xiàn)的能力；制 定設(shè)計(jì)方案的能力；計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力；設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖的能力；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)的分析能力；語(yǔ)言文字表達(dá)能力等。 本課程設(shè)計(jì)我選擇的是設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴，要求：使用數(shù)字鍵 1、2、3、4、5、6、7 作為電子琴鍵，按下數(shù)字鍵發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。電子琴是 現(xiàn)代電子科技與音樂結(jié)合的產(chǎn)物，是一種新型的鍵盤樂器。它在現(xiàn)代音樂扮演 著重要的角色，pc 系列微機(jī)接口具有強(qiáng)大的控制功能和靈活的編程實(shí)現(xiàn)特性， 它已經(jīng)溶入現(xiàn)代人們的生活中，成為不可替代的一部分。 希望通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，

7、使自己的動(dòng)手實(shí)踐能力進(jìn)一步的提高。 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 1、課程設(shè)計(jì)題目、課程設(shè)計(jì)題目 電子琴 2 2、 原始資料原始資料 2.1、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴，使用數(shù)字鍵 1、2、3、4、5、6、7 作為電子琴鍵，按下數(shù) 字鍵發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。 基本要求： (1)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路（要求利用試驗(yàn)儀的硬件資源） (2)、分析實(shí)驗(yàn)原理 (3)、列出實(shí)驗(yàn)接線表 (4)、采用匯編語(yǔ)言編寫實(shí)驗(yàn)程序 (5)、通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證功能的實(shí)現(xiàn) (6)、編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2.2、設(shè)計(jì)參考、設(shè)計(jì)參考 (1)、根據(jù)音階頻率表，利用定時(shí)器可以產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)，不同頻率的 脈沖信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大

8、后，就會(huì)發(fā)生不同的音調(diào)。 (2)、對(duì)于每一個(gè)按鍵的音調(diào)發(fā)音時(shí)間由軟件延時(shí)控制，如一直按下，就會(huì) 連續(xù)發(fā)音。各音階標(biāo)稱頻率值： 音階 1234567 頻率 （hz） 440.00493.88554.37587.33659.26739.99830.61 3 3、 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 3.1、課程設(shè)計(jì)的目的意義：、課程設(shè)計(jì)的目的意義： 通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，使同學(xué)們達(dá)到以下能力訓(xùn)練： (1)、調(diào)查研究、分析問(wèn)題的能力； (2)、使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、技術(shù)規(guī)范的能力； (3)、查閱中外文獻(xiàn)的能力； (4)、制定設(shè)計(jì)方案的能力； (5)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力； (6)、設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖的能力；

9、(7)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析能力； (8)、語(yǔ)言文字表達(dá)能力。 3.2、本課題研究的主要內(nèi)容：、本課題研究的主要內(nèi)容： 設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴，使用數(shù)字鍵 1、2、3、4、5、6、7 作為電子琴鍵，按 字鍵發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。 3.3、提交的成果：一份符合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明、提交的成果：一份符合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明 書書 課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一使用學(xué)校印制的課程設(shè)計(jì)封面及課程設(shè)計(jì)袋。課程設(shè)計(jì)袋 按 要求認(rèn)真填寫，字體要工整，卷面要整潔，手寫一律用碳素墨水書寫。 課程設(shè)計(jì)除課程設(shè)計(jì)袋的其它資料鼓勵(lì)用計(jì)算機(jī)打印。 課程設(shè)計(jì)按統(tǒng)一順序裝訂： （1） 、封面 （2） 、前言 （3） 、目錄 （4） 、課

10、程設(shè)計(jì)任務(wù)書（須有指導(dǎo)老師簽名及日期） （5） 、正文（分章、層次等，每一章從新的一頁(yè)開始） （6） 、小結(jié) （7） 、參考文獻(xiàn) 裝訂好后放入填寫好的資料袋內(nèi)由各教學(xué)單位存檔。相關(guān)要求可酌情參 照“安徽工程科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）管理辦法”執(zhí)行。 指導(dǎo)教師（簽名） _ 年 月 日 第一章第一章 概述概述 1.11.1 電子琴電子琴設(shè)計(jì)的背景設(shè)計(jì)的背景 隨著電子科技的飛速發(fā)展，電子技術(shù)正在逐漸改善著人們的學(xué)習(xí)、生活、 工作，因此開發(fā)本系統(tǒng)希望能夠給人們多帶來(lái)一點(diǎn)生活上的樂趣。 基于當(dāng)前市場(chǎng)上的玩具市場(chǎng)需求量大，其中電子琴就是一個(gè)很好的應(yīng)用方 面。計(jì)算機(jī)是一種嚴(yán)格按照時(shí)序進(jìn)行工作的數(shù)字化、智能

11、化機(jī)器，實(shí)現(xiàn)電子琴 的微型化，可以用作玩具琴、音樂轉(zhuǎn)盤以及音樂童車等等。并且可以進(jìn)行一定 的功能擴(kuò)展。它離不開定時(shí)與計(jì)數(shù)。為了使機(jī)器各部件的功能在時(shí)序上同步， 系統(tǒng)中各個(gè)時(shí)鐘信號(hào)都源于同一個(gè)主頻。 定時(shí)與計(jì)數(shù)的方法歸納起來(lái)有兩大類：軟件定時(shí)和硬件定時(shí)。 1.1.1 軟件定時(shí)法軟件定時(shí)法 軟件定時(shí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí)或延時(shí)控制的最簡(jiǎn)單的方法。軟件定時(shí)是指 cpu 執(zhí)行一段具有固定延時(shí)的循環(huán)程序。這種程序常用匯編語(yǔ)言編寫，因?yàn)?匯編語(yǔ)言的每一條指令所占用的時(shí)鐘周期（t 狀態(tài)）數(shù)是確定的。只有將整 個(gè)循環(huán)體內(nèi)的每條指令的 t 狀態(tài)數(shù)累加起來(lái)，乘以系統(tǒng)的時(shí)鐘周期。就是該 程序執(zhí)行一遍所需要的固定延時(shí)時(shí)間。程

12、序設(shè)計(jì)者可選擇不同周期數(shù)的指令 和不同的循環(huán)次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的時(shí)間延遲。 軟件定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是不需要外加硬件電路且定時(shí)準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是定時(shí)與過(guò)程 中，cpu 一直在執(zhí)行該定時(shí)程序，不能做其他工作，定時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，cpu 的開 銷就越大，而且不能響應(yīng)中斷，否則定時(shí)就不準(zhǔn)確了。因此這種方法多用于 較短時(shí)間的定時(shí)，如用軟件延時(shí)來(lái)消除機(jī)械案按鍵的抖動(dòng)等。 1.1.2 硬件定時(shí)法硬件定時(shí)法 硬件定時(shí)是由硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的定時(shí)。對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)，一般用硬 件電路來(lái)完成，一減輕 cpu 的負(fù)擔(dān)，使得在定時(shí)周期間 cpu 能做其他的工作。 硬件定時(shí)又可分為不可編程的和可編程的。 不可編程的硬件定時(shí)如 555 時(shí)基電路、單

13、穩(wěn)延時(shí)電路或計(jì)數(shù)電路等，是 通過(guò)外部的 rc 元件來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)的。但元件參數(shù)一經(jīng)設(shè)定就不能改變，電路調(diào) 試也比較麻煩。另外，時(shí)間一長(zhǎng)，電阻電容器件老化，電路工作不穩(wěn)定，會(huì) 嚴(yán)重影響定時(shí)準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性。 可編程硬件定時(shí)，實(shí)際上是一種軟硬件結(jié)合的定時(shí)方法，是為了克服單 獨(dú)的軟件定時(shí)和硬件定時(shí)的缺點(diǎn)，而將硬件電路做成通用的定時(shí)/計(jì)數(shù)器并集 成到一個(gè)硅片上，其定時(shí)參數(shù)和工作方式又可由軟件來(lái)控制。這種定時(shí)器/計(jì) 數(shù)器芯片可直接對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)寫入不同的計(jì)數(shù)初值，可方便地 改變定時(shí)時(shí)間，且定時(shí)期間不需要 cpu 管理。intel 公司的 8253 和 8254 就 是這樣的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片。 電子

14、琴的設(shè)計(jì)，是利用 8253 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、結(jié)合其他一些脈沖發(fā)生電 路、分頻器等 電路來(lái)連接起來(lái)，通過(guò)鍵盤輸入 1、2、3、4、5、6、7 而產(chǎn)生不同頻率的聲 音來(lái)設(shè)計(jì)。 1.21.2 電子琴設(shè)計(jì)的目標(biāo)電子琴設(shè)計(jì)的目標(biāo) 由于本設(shè)計(jì)主要用于人們娛樂方面，因此在設(shè)計(jì)上盡量使其安全以及簡(jiǎn)單 易操作。其次，在這次設(shè)計(jì)可行性上進(jìn)行分析如下： 1、經(jīng)濟(jì)可行性： 所謂經(jīng)濟(jì)可行性，即在這次設(shè)計(jì)上需要投入資金的多少，由于課程設(shè)計(jì)是 提高我們的動(dòng)手能力以及資金有限。因此在經(jīng)濟(jì)上必須能夠承受，比較理想化 的對(duì)于我們課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不可行的。通過(guò)分析后，無(wú)論是在器件價(jià)格或是常 見度上均是可行的。 2、技術(shù)可行性： 技術(shù)

15、可行性主要是分析技術(shù)條件上是否能夠順利開展并完成課程設(shè)計(jì)的主 要問(wèn)題，硬件、軟件能否滿足設(shè)計(jì)者的需要等。通過(guò)分析各種軟件環(huán)境，硬件 仿真環(huán)境等均已經(jīng)具備。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)已經(jīng)明確，在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上均可行，因此本系 統(tǒng)的開發(fā)是完全可行的。 1.31.3 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義 通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，使同學(xué)們達(dá)到以下能力訓(xùn)練：通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，使同學(xué)們達(dá)到以下能力訓(xùn)練： (1)、調(diào)查研究、分析問(wèn)題的能力； (2)、使用設(shè)計(jì)手冊(cè)、技術(shù)規(guī)范的能力； (3)、查閱中外文獻(xiàn)的能力； (4)、制定設(shè)計(jì)方案的能力； (5)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力； (6)、設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖的

16、能力； (7)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析能力； (8)、語(yǔ)言文字表達(dá)能力。 1.41.4 設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)境 1.4.1 設(shè)計(jì)環(huán)境及語(yǔ)言設(shè)計(jì)環(huán)境及語(yǔ)言 dj_598k 實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)； pc 機(jī)； 基于 8088 cpu 匯編語(yǔ)言進(jìn)行編寫； 1.4.2 8088 系統(tǒng)地址系統(tǒng)地址 8088 有 1mb 存儲(chǔ)空間，系統(tǒng)提供用戶使用的空間為 00000h-0ffffh， 用 于存放、調(diào)試實(shí)驗(yàn)程序。具體分配如下： 存貯器地址分配存貯器地址分配 表 1-1 存貯器地址分配 i/oi/o 地址分配地址分配 表 1-2 i/o 地址分配(一) 表 1-3 i/o 地址分配(二) 監(jiān)控占用 00004h-0000fh

17、 作為單步（t） 、斷點(diǎn)（int3） 、無(wú)條件暫停 （nmi）中斷矢量區(qū)， 用戶也可以更改這些矢量， 指向用戶的處理， 但失 去了相應(yīng)的單步、斷點(diǎn)、暫停等監(jiān)控功能。 f0000hfffffh 監(jiān)控程序區(qū)系統(tǒng)占用。 第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.12.1 設(shè)計(jì)總要求設(shè)計(jì)總要求 本次課程設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴，使用數(shù)字鍵 1、2、3、4、5、6、7 作 為電子琴鍵，按下數(shù)字鍵發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)。 1、根據(jù)音階頻率表，利用定時(shí)器可以產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)，不同頻率 的脈沖信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，就會(huì)發(fā)生不同的音調(diào)。 2、對(duì)于每一個(gè)按鍵的音調(diào)發(fā)音時(shí)間由軟件延時(shí)控制，如一直按下，就會(huì) 連續(xù)發(fā)音。 基本要求：

18、(1)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路（要求利用試驗(yàn)儀的硬件資源） (2)、分析實(shí)驗(yàn)原理 (3)、列出實(shí)驗(yàn)接線表 (4)、采用匯編語(yǔ)言編寫實(shí)驗(yàn)程序 (5)、通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證功能的實(shí)現(xiàn) (6)、編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 并希望在設(shè)計(jì)電子琴的過(guò)程中了解微機(jī)利用定時(shí)器產(chǎn)生音樂的基本方法， 進(jìn)一步熟悉定時(shí)器編程方法，熟悉鍵盤掃描電路工作原理及編程方法， ，加深 對(duì)微型計(jì)算機(jī)接口應(yīng)用技術(shù)的理解和認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。 2.22.2 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 要使揚(yáng)聲器發(fā)出不同的音調(diào)，就得輸入不同頻率的波形。通過(guò)給 8253 定 時(shí)/計(jì)數(shù)器裝入不同的計(jì)數(shù)值，可以使其輸出不同頻率的方波。經(jīng)過(guò)放大器的 放大作用，便可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā) 出不

19、同的音調(diào)，只要插入一段延時(shí)程序之后， 再將揚(yáng)聲器切斷，音調(diào)的聲音就可以持續(xù)一端時(shí)間。 通過(guò)計(jì)算機(jī)的不同按鍵輸出不同的音調(diào)，需要使用系統(tǒng)調(diào)用功能以接收 鍵入字符，并且要建立一張表，使鍵入字符與頻率構(gòu)成一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系。 1、根據(jù)音階頻率表，利用定時(shí)器可以產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)，不同頻率的 脈沖信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，就會(huì)發(fā)生不同的音調(diào)。 2、對(duì)于每一個(gè)按鍵的音調(diào)發(fā)音時(shí)間由軟件延時(shí)控制，如一直按下，就會(huì) 連續(xù)發(fā)音。各音階標(biāo)稱頻率值： 音階1234567 頻率 （hz） 440.00493.88554.37587.33659.26739.99830.61 2.32.3 軟件設(shè)計(jì)和音樂相關(guān)知識(shí)軟件設(shè)計(jì)和音樂相關(guān)

20、知識(shí) 樂音聽起來(lái)有的高，有的低，這就叫音高，音高是由發(fā)音物體振動(dòng)頻率 的高低決定的，頻率高聲音就高，頻率低聲音就低，不同音商的樂音是用 c、d、e、f、g、a、b 表示的，這 7 個(gè)字母就是樂音的音名，它們一般依次 唱成 do、re、mi、fa、so、la、si，這是唱曲時(shí)樂音的發(fā)音，所以叫唱名。 音持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短即時(shí)值，一般用拍數(shù)表示，休止符表示暫停發(fā)音。 一首音樂是由許多不同的音符組成的，而每個(gè)音符對(duì)應(yīng)著不同的頻率， 這樣就可以利用不同頻率的組合，加以與拍數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)，構(gòu)成音樂。因此 控制驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率和持續(xù)時(shí)間就是編寫樂曲程序的關(guān)鍵。頻率對(duì)應(yīng) 8253 的 計(jì)數(shù)初值，而樂曲中的節(jié)拍決定了

21、各音頻持續(xù)的時(shí)間。 電子琴由脈沖產(chǎn)生電路模塊、分頻器電路模塊、8253 定時(shí)/計(jì)數(shù)器模塊、 音頻功效模塊四大部分組成。 具體選擇如下： （1）脈沖產(chǎn)生電路 8mhz ； （2）分頻器電路 t1_2.0mhz; (3) 8253 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 工作方式 3（具有自動(dòng)重裝載 功能） ，clk0,out0（發(fā)出音頻信號(hào)）; (4) 音頻功效模塊 vin1； 整個(gè)設(shè)計(jì)的程序主流程圖如圖 2.6 所。 調(diào)顯示子程序 是數(shù)字鍵 17？ 用鍵值查表得到音頻 相關(guān)數(shù)據(jù) 按音頻數(shù)據(jù)設(shè)置計(jì)數(shù)器初值 啟動(dòng)定時(shí)器，開始發(fā)聲 延時(shí) 關(guān)閉定時(shí)，停止發(fā)聲 是 否 開始 圖 2.6 電子琴程序流程圖 定時(shí)器子程序圖如圖 2

22、.7 所示。 設(shè)置定時(shí)器子程 序 保存音頻數(shù)據(jù) 設(shè)置定時(shí)器工作方式 取出音頻數(shù)據(jù) 音頻數(shù)據(jù)輸出到定時(shí)器 返回 圖 2.7 設(shè)置定時(shí)器子程序流程圖 2.42.4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 2.4.1 8253 編程定時(shí)編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 (1)(1) 82538253 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8253 內(nèi)部主要由數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫邏輯電路、控制字存儲(chǔ)器、計(jì) 數(shù)器四部分組成。 (2)(2) 82538253 的功能用途的功能用途 1、延時(shí)中斷； 2、可編程頻率發(fā)生器； 3、事件計(jì)數(shù)器； 4、二進(jìn)制倍頻器； 5、實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 6、數(shù)字單穩(wěn)； 7、復(fù)雜的電機(jī)控制器； (3)(3) 82538253 主要特

23、性主要特性 8253 是為微型計(jì)算機(jī)配套而設(shè)計(jì)的一個(gè)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片，24 引腳雙列直插式封裝。 其主要特性是： 單一正 5v 電源，nmos 工藝制造； 單片內(nèi)具有三個(gè)獨(dú)立的 16 位減法計(jì)數(shù)器（或稱計(jì)數(shù)通道） ，每個(gè)計(jì)數(shù)器 又可分為兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器； 技數(shù)頻率為：02mhz； 兩種計(jì)數(shù)方式：即二進(jìn)制或 bcd 碼方式計(jì)數(shù)； 六種工作方式，既可對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，又可對(duì)外部事件進(jìn) 行計(jì)數(shù)； 可由軟件或硬件控制開始計(jì)數(shù)或停止計(jì)數(shù)。 （4 4）82538253 的實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)驗(yàn)?zāi)K( (如圖如圖 2.1)2.1) 圖 2.1 8253 引腳圖 （5 5）82538253 芯片的

24、插孔連接芯片的插孔連接 cs3_8253 的片選信號(hào) out0_通道 0 的輸出端；out1_通道 1 的輸出端； clk0_通道 0 的時(shí)鐘輸入端；clk1_通道 1 的時(shí)鐘輸入端； gata0_通道 0 的門控信號(hào)輸入端； gata1_通道 1 的門控信號(hào)輸入端； 2.4.2 脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路（a3） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)上提供 8mhz 的脈沖源，它由三片 74ls04、兩個(gè)電阻、一個(gè)電容、 8mhz 總共四部分組成脈沖發(fā)生電路( 如圖 2.2)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上標(biāo)有 8mhz 的插孔， 即為脈沖的輸出端。 圖 2.2 脈沖發(fā)生電路圖 2.4.3 音頻功效模塊（音頻功效模塊（b3） 音頻功效模塊（如圖

25、 2.4）是由無(wú)極性電容、有極性電解電容、 lm386、jp、sp 組成。 連接插孔： vin_音頻輸入； vout_音頻輸出； 圖 2.4 音頻功效模塊圖 lm386 芯片介紹： (1)(1) 功能介紹：功能介紹： lm386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源 電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音 機(jī)之中。lm386 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應(yīng)用于 低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸 入端以地位參考,

26、同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半,在 6v 電源電壓下,它 的靜態(tài)功耗僅為 24mw,使得 lm386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。 lm386 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 (2)(2)特性：特性： 靜態(tài)功耗低,約為 4ma,可用于電池供電； 工作電壓范圍寬,4-12v 或 5-18v； 外圍元件少； 電壓增益可調(diào),20-200； 低失真度。 2.4.4 分頻電路（分頻電路（c5） 分頻電路 i（如圖 2.1）是由一片 74ls393 組成，t 為脈沖輸入端，t0 t7 為分頻輸出插孔。該計(jì)數(shù)器在加電時(shí)由 reset 信號(hào)清零。當(dāng)脈沖輸入 8.0mhz 時(shí)，t0t7 輸出

27、脈沖頻率依次為 4.0mhz、2.0mhz、1.0mhz、500khz、250khz、125khz、62500khz、31250hz. 連接插孔： t_脈沖輸入端；t0t7_脈沖輸出端； t0_4.0mhz; t1_2.0mhz; t2_1.0mhz; t3_500khz; t4_250khz; t5_125khz; t6_62500hz; t7_31250hz; 圖 2.3 分頻電路圖 2.52.5 設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)原理圖 根據(jù)電子琴的設(shè)計(jì)原理要求，再加上選用的硬件資源，進(jìn)行相應(yīng)的 邏輯設(shè)計(jì)后，得到的原理圖（如圖 2.5） 。 圖 2.5 電路原理圖 2.62.6 實(shí)驗(yàn)接線實(shí)驗(yàn)接線 （1）脈沖

28、發(fā)生電路產(chǎn)生的 8mhz 連接到分頻電路的 t_脈沖輸入端； （2）分頻電路的輸出端 t1(t1_2.0mhz)連接到 8253 的 clk0； （3）out0 連接到 vin1 音頻輸入端； （4）gate0 連接到 pb0； （5）jp 連接到+5v（on） ； 第三章第三章 代碼設(shè)計(jì)及調(diào)試代碼設(shè)計(jì)及調(diào)試 3.13.1 代碼設(shè)計(jì)代碼設(shè)計(jì) 3.1.1 計(jì)數(shù)初始化計(jì)數(shù)初始化 采用 t1_2.0mhz 時(shí)，按照各音階頻率，計(jì)算各計(jì)數(shù)初值，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如 下： 440.00hz-4545； 493.00hz-4050； 554.37hz-3607； 587.33hz-3405； 659.26hz-3

29、034； 739.99hz-2703； 830.61hz-2408； 3.1.2 代碼程序代碼程序 code segment assume cs:code,ds:code control equ 43h count0 equ 40h count1 equ 41h count2 equ 42h ioconpt equ 0ff2bh iobpt equ 0ff29h ioapt equ 0ff28h pa equ 0ff20h ;字位口 pb equ 0ff21h ;字形口 pc equ 0ff22h ;鍵入口 org 18f0h start2: jmp start1 buf db ?,?,?,?

30、,?,? kz db ? ltime db ? lkey db ? zp dw ? data0: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h db 80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h db 86h,8eh,0ffh,0ch,89h,0deh,0c7h,8ch,0f3h,0bfh,8fh,0f1h data2: dw 4545, 4050, 3607, 3405 dw 3034, 2703, 2408, 2273 start1: mov ax,cs mov ds,ax call buf1 mov al,88h mov dx,ioconpt ou

31、t dx,al mov dx,iobpt mov al,00 out dx,al mov zp,offset buf redikey:call dispkey cmp kz,09h jnc redikey cmp kz,01h jc redikey mov bx,zp mov al,kz mov bx,al cmp bx,offset buf+5 jz zp1 inc bx mov zp,bx jmp outtone zp1: mov zp,offset buf outtone:mov dx,iobpt mov al,0ffh out dx,al mov al,kz mov ah,00h de

32、c ax shl ax,1 mov bx,offset data2 add bx,ax mov ax,bx call t8253 mov cx,20h con1: push cx call disp pop cx loop con1 mov dx,iobpt mov al,00 out dx,al jmp redikey t8253: push ax mov al, 36h ; 計(jì)數(shù)器 0, 16 位二進(jìn)制,方式 3。 mov dx, control out dx, al pop ax mov dx, count1 out dx, al mov al, ah out dx, al ret di

33、spkey:call disp call key mov ah,al ;newkey mov bl,ltime ;ltime mov bh,lkey ;lkey mov al,01h mov dx,pa ;0ff21h out dx,al cmp ah,bh mov bh,ah ;bh=new key mov ah,bl ;al=time jz disk4 mov bl,88h mov ah,88h disk4: dec ah cmp ah,82h jz disk6 cmp ah,0eh jz disk6 cmp ah,00h jz disk5 mov ah,20h dec bl jmp di

34、sk7 disk5: mov ah,0fh disk6: mov bl,ah mov ah,bh disk7: mov ltime,bl mov lkey,bh mov kz,bh mov al,ah ret key: mov al,0ffh mov dx,pb out dx,al mov bl,00h mov ah,0feh mov cx,08h key1: mov al,ah mov dx,pa out dx,al rol al,01h mov ah,al nop nop nop nop nop nop mov dx,pc in al,dx not al nop nop and al,0f

35、h jnz key2 inc bl loop key1 jmp nkey key2: test al,01h je key3 mov al,00h jmp key6 key3: test al,02h je key4 mov al,08h jmp key6 key4: test al,04h je key5 mov al,10h jmp key6 key5: test al,08h je nkey mov al,18h key6: add al,bl cmp al,10h jnc fkey mov bl,al mov bh,0h mov si,offset data2 mov al,bx+si

36、 ret nkey: mov al,20h fkey: ret data1: db 07h,04h,08h,05h,09h,06h,0ah,0bh db 01h,00h,02h,0fh,03h,0eh,0ch,0dh disp: mov al,0ffh ;00h mov dx,pa out dx,al mov cl,0dfh ;20h ;顯示子程序 ,5ms mov bx,offset buf dis1: mov al,bx mov ah,00h push bx mov bx,offset data1 add bx,ax mov al,bx pop bx mov dx,pb out dx,al

37、 mov al,cl mov dx,pa out dx,al push cx dis2: mov cx,0a0h loop $ pop cx cmp cl,0feh jz lx1 inc bx ror cl,1 jmp dis1 lx1: mov al,0ffh mov dx,pb out dx,al ret buf1: mov buf,11h mov buf+1,10h mov buf+2,10h mov buf+3,10h mov buf+4,10h mov buf+5,10h ret code endsend start 3.23.2 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 電路調(diào)試是整個(gè)系統(tǒng)功能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵

38、步驟，我們將整個(gè)調(diào)試過(guò)程分為 三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。 3.2.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對(duì)接口部分進(jìn)行調(diào)試。 在上電前，先確保電路中不在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工 作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是 萬(wàn)用表，用來(lái)完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況等。注意焊點(diǎn)之間， 確保焊點(diǎn)沒有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及短路的 現(xiàn)象出現(xiàn)。 在確保硬件電路正常，無(wú)異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào) 試的目的是檢驗(yàn)電路是否接錯(cuò)，同時(shí)還要檢驗(yàn)原理是否正確，在本次設(shè)計(jì)中， 上電調(diào)試主要鍵盤接口控制部分和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。 3.2