音樂演奏微機(jī)課程設(shè)計

1、目 錄1 總體要求與分析11.1 設(shè)計要求11.2 設(shè)計思路分析12 方案設(shè)計22.1 方案一22.2 方案二22.3 方案選擇23 硬件電路34 軟件設(shè)計44.1 屏幕顯示設(shè)計44.2 音樂發(fā)生控制54.3 節(jié)拍時間的實(shí)現(xiàn)64.4 音樂樂譜編程74.5 程序流程圖95 程序調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果126 小結(jié)與體會13參考文獻(xiàn)13附錄一程序源代碼14附錄二程序運(yùn)行結(jié)果21摘要音樂演奏實(shí)現(xiàn)的一個主要步驟是樂譜編程。通過相應(yīng)的頻率表將樂譜中對應(yīng)的音符轉(zhuǎn)化為計數(shù)器的計數(shù)初值，節(jié)奏通過延時程序利用硬件實(shí)現(xiàn)頻率計數(shù)和延時時間的控制，利用8253-5定時/計數(shù)器芯片和8255a并行i/o接口芯片。使8253的一個

2、通道工作在“方波發(fā)生器”模式，實(shí)現(xiàn)對頻率的計數(shù)；利用8255a的pb3端口實(shí)現(xiàn)發(fā)聲時間的計數(shù)控制。轉(zhuǎn)化為對喇叭發(fā)音時間的控制，從而實(shí)現(xiàn)音符和節(jié)拍的數(shù)字化。知道了音調(diào)與頻率和時間的關(guān)系，就可以按照樂曲的曲譜將每個音符的頻率和持續(xù)時間定義成兩個數(shù)據(jù)表；然后編寫程序一次取出表中的頻率和時間值，調(diào)用gensoundf程序發(fā)出各種聲音。這個程序最終通過菜單所提示的信息選取音樂。關(guān)鍵詞：匯編語言 運(yùn)行程序 演奏 調(diào)試音樂演奏1 總體要求與分析1.1設(shè)計要求本文主要編寫一段音樂程序，該程序可以進(jìn)行如下操作：按大寫字母“a”，奏一首歌曲；按大寫字母“b”；奏另一首歌曲，曲目自選。按q退出程序。1.2設(shè)計思路分

3、析 在ibm-pc/xt機(jī)中都帶有8253-5定時/計數(shù)器，ibm-pc/at中帶有8254定時/計數(shù)器，這兩種芯片功能十分類似。本文通過對8253-5定時/計數(shù)器芯片的操作實(shí)現(xiàn)音樂演奏。該聲音接口通過匯編語言對8253-5的端口直接進(jìn)行操作，可以不必要過多的使用bios的調(diào)用和dos的調(diào)用。計數(shù)器芯片有3個通道，各自具有專用功能。通道0時系統(tǒng)的始終節(jié)拍計時器，通道1專用于產(chǎn)生動態(tài)ram的定時刷新信號，通道2用來控制計算機(jī)的揚(yáng)聲器的聲音頻率。該音樂演奏主要用到通道2的功能，使通道2工作在“方波發(fā)生器”方式，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的音調(diào)送至喇叭驅(qū)動電路，使喇叭發(fā)出不同音調(diào)的聲音。使用8255a的pb0控制

4、通道2的計數(shù)，pb1控制通道2的輸出對揚(yáng)聲器產(chǎn)生控制的時間。人機(jī)交互包括屏幕顯示提示語以及人工輸入相應(yīng)參數(shù)，主要應(yīng)用到bios的10h號中斷調(diào)用以及dos的21h號中斷調(diào)用。bios的10h號中斷調(diào)用用于顯示器驅(qū)動，設(shè)置顯示模式和光標(biāo)位置；dos的21h號中斷調(diào)用用于單字符輸入以及多字符輸出顯示。音樂演奏實(shí)現(xiàn)的一個主要步驟是樂譜編程。通過相應(yīng)的頻率表將樂譜中對應(yīng)的音符轉(zhuǎn)化為計數(shù)器的計數(shù)初值，節(jié)奏通過延時程序轉(zhuǎn)化為對喇叭發(fā)音時間的控制，從而實(shí)現(xiàn)音符和節(jié)拍的數(shù)字化。2 方案設(shè)計 音樂的實(shí)現(xiàn)主要是對樂譜中的單音符按照一定的音符頻率表轉(zhuǎn)化為計數(shù)器的計數(shù)頻率以及喇叭發(fā)聲的控制時間，通過計數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制

5、動作。由此可以有兩種方案比較和選擇。2.1 方案一通過編程使用軟件來實(shí)現(xiàn)計數(shù)和喇叭發(fā)聲的時間設(shè)置，控制8255a并行i/o接口驅(qū)動喇叭發(fā)聲。cpu每執(zhí)行一條指令需要耗費(fèi)一定的時間，這樣可以通過循環(huán)的方式設(shè)置好循環(huán)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件計數(shù)，然后輸出相應(yīng)的高低電平，驅(qū)動喇叭發(fā)出對應(yīng)頻率和節(jié)拍的聲音。利用軟件編程方式實(shí)現(xiàn)該功能的優(yōu)點(diǎn)是可以減少硬件開支，便于調(diào)試和問題的查找。缺點(diǎn)是cpu開支太大，利用率不高，而且時間不夠精準(zhǔn)。2.2 方案二利用硬件實(shí)現(xiàn)頻率計數(shù)和延時時間的控制，利用8253-5定時/計數(shù)器芯片和8255a并行i/o接口芯片。使8253的一個通道工作在“方波發(fā)生器”模式，實(shí)現(xiàn)對頻率的計數(shù)；利用

6、8255a的pb3端口實(shí)現(xiàn)發(fā)聲時間的計數(shù)控制。這樣可以精確的控制時間，減少cpu的開支。該方案的優(yōu)點(diǎn)是控制精度提高，同時也減少cpu的開支。缺點(diǎn)是硬件開銷比較多。2.3 方案選擇 本文要實(shí)現(xiàn)的功能所需要的硬件電路并不是太復(fù)雜，一般的ibm-pc/xt/at機(jī)家族都帶有相應(yīng)的硬件電路。在提高精度與簡易程度的比較下，決定采用方案二，這樣可以大大提高時間控制精度，同時減少軟件程序的復(fù)雜度。3 硬件電路 ibm-pc/xt內(nèi)部8253電路圖如圖3-1所示。圖3-1 8253電路連接圖8253的通道0用于產(chǎn)生固定頻率的始終節(jié)拍，通道1用于產(chǎn)生固定頻率的的刷新信號，通道2用于產(chǎn)生頻率信號，工作在方式3，計

7、數(shù)值為6a4h=1190，方波輸出頻率為1.19mhz。此信號頻率決定揚(yáng)聲器的音調(diào)，通道2的控制字為0b6h。音樂產(chǎn)生主要用到通道2。8253通道2的計數(shù)由8255a的pb0控制，當(dāng)pb0輸出為高電平時，使門控gate2為高電平。此時，8253通道2允許計數(shù)，故通道2的輸出方波受pb0的控制，從而控制揚(yáng)聲器的音調(diào)高低。通道2的輸出能否對揚(yáng)聲器產(chǎn)生持續(xù)控制還取決于8255a的pb1。當(dāng)pb1為“0”時，out2不能通過“與門”；反之，則可以通過“與門”控制揚(yáng)聲器。所以，揚(yáng)聲器發(fā)音時間的長短取決于8255a的pb1信號。另外cpu通過讀8255a的c口，得知8253通道2的狀態(tài)和揚(yáng)聲器驅(qū)動器的狀態(tài)

8、。4 軟件設(shè)計4.1 屏幕顯示設(shè)計程序運(yùn)行時，屏幕顯示第一界面如下：assembly music player-|please select a music|-a liangzhilaohub zhengfuq exit選擇a、b分別演奏相應(yīng)的音樂，選擇q鍵結(jié)束程序運(yùn)行。當(dāng)輸入別的按鍵信號時，顯示出錯提示信息，界面如下：error! choose a b qplease input again!assembly music player-|please select a music|-a liangzhilaohub zhengfuq exit按照提示信息重新輸入正確字符即可。 上述提示信息在

9、數(shù)據(jù)段定義，類型為字節(jié)型。首先調(diào)用bios中斷的10h號功能設(shè)置文本模式。程序如下： mov ah,00h ；bios 10子功能 mov al,02h ；80*25彩色文本模式 int 10h ；bios 10功能調(diào)用然后調(diào)用背景清屏子程序使文本屏幕清空，為輸入信息作準(zhǔn)備，清屏子程序如下：clr proc near mov bh,0 ；第0頁 mov bl,00011010b ；字符屬性，藍(lán)底綠字不閃爍 mov dx,0000h ；0行0列 mov al,' ' ；輸出的字符 mov cx,80*25 ；循環(huán)次數(shù) mov ah,02h ；bios 10h子功能調(diào)用，置光標(biāo)位置

10、 int 10h mov ah,09h ；bios 10h子功能調(diào)用，輸出字符 int 10h retclr endp最后輸出提示語字符。輸出提示語字符時，需要多次使用一段相同的輸出代碼，將該代碼定義為宏，可以避免多次重復(fù)書寫相同的代碼。不定義為子程序是為了避免多次調(diào)用使執(zhí)行速度減慢。相應(yīng)宏定義語句為：show macro b lea dx, b ；將相應(yīng)字符段的偏移地址裝入dx mov ah, 9 ；dos 21h號中斷9子功能輸出多字符 int 21h endm則相應(yīng)的字符提示信息輸出代碼為：call clrshow info1 show info2show info3 show info

11、4 show muslist4.2 音樂發(fā)聲控制一首樂曲由若干音符組成，一個音符對應(yīng)一個頻率。將與一個頻率對應(yīng)的計數(shù)器初值寫入2號計數(shù)器（端口地址為42h），揚(yáng)聲器就發(fā)出相應(yīng)的音調(diào)，計數(shù)器初值的計算公式：計數(shù)器初值=1193182/輸出頻率其中，1193182hz轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制為12348ch，因此在打開揚(yáng)聲器的條件下，執(zhí)行下列程序段即可發(fā)出與輸出頻率對應(yīng)的音調(diào)。mov al,0b6h ；寫入方式控制字out 43h,al ；寫入控制端口mov dx,12h mov ax,348ch div 頻率值             

12、 ；頻率轉(zhuǎn)換成計數(shù)初值 out 42h,al               ；低8位送2號計數(shù)器 mov al,ah out 42h,al               ；高位送2號計數(shù)器 接下來設(shè)計發(fā)聲程序，發(fā)聲系統(tǒng)受8255a芯片（端口地址為60h-63h）的兩根輸出線pb0和pb1的控制，pb0輸出的高電平使2號計數(shù)器正常工作，pb1輸出高電平打開輸出控制門。發(fā)聲程序代碼如下：in al,61h ；讀取8255a的pb端口原輸出值mo

13、v ah,al ；將原輸出值保存于ah中or al,3 ；使pb0、pb1、均為1out 61h,al ；打開gate2門，輸出方波到揚(yáng)聲器4.3 節(jié)拍時間的實(shí)現(xiàn)下面控制音符的演奏時間，這是設(shè)計音樂程序的關(guān)鍵問題。最直觀的方法是按照譜為每一個音符規(guī)定一個演奏時間。在遇到一首不熟悉歌曲時，初期很難確定每個音符的演唱時間，而調(diào)試程序的需大量的時間。為每一個音符規(guī)定“單位時間”： 單位時間*n=音符的延長時間其中，n為調(diào)試參數(shù)，一首歌曲只有一個調(diào)試參數(shù)。設(shè)計程序時可以用equ偽指令定義調(diào)試參數(shù)，初值現(xiàn)行估算，調(diào)試時在修改它。節(jié)拍時間設(shè)置好以后，就可以利用延時程序，通過pb1端口控制發(fā)聲的時間長短。8

14、0x86的各種處理器采用6-66mhz的工作頻率，loop治理的執(zhí)行時間在這些處理器上也不同。為了建立一個與處理器無關(guān)的時間延遲，ibm采用了一個利用硬件產(chǎn)生時間延遲的方法，即通過監(jiān)控端口61h的pb4，使pb4每15.08us觸發(fā)一次，以產(chǎn)生一個固定不變的時間基準(zhǔn)，在ibm-pc/xt 中的bios中的waitf子程序，就是一個產(chǎn)生n*15.08us時間延遲的程序，調(diào)用waitf子程序時，cx寄存器必須裝入15.08us的倍數(shù)n。本程序延時程序參考上面的原理，代碼如下：waitf proc near ；延時保護(hù)程序 push ax ；保護(hù)寄存器waitf1: in al,61h ；讀取pb端

15、口地址 and al,10h ；低四位清零 cmp al,ah ；檢查是否改變 je waitf1 ；等待改變 mov ah,al ；改變，保護(hù)新端口值 loop waitf1 ；繼續(xù)，直到cx=0 pop ax ；恢復(fù)寄存器 ret waitf endp 4.4 音樂樂譜編程組成音樂的每個音符的頻率值和持續(xù)時間是音樂程序發(fā)聲所需要的兩個數(shù)據(jù)，根據(jù)音調(diào)與頻率和時間之間的關(guān)系，把要編輯的音樂的每個音符的頻率和持續(xù)時間定義成兩個數(shù)據(jù)表，進(jìn)而把它們寫入通用發(fā)聲程序。音符頻率表示見表1所示，編程產(chǎn)生各種音符的頻率時可參照此表。表1音符頻率表 （單位：赫茲）4.5 程序流程圖 主程序流程圖如圖4-1。鍵

16、盤輸入提示信息開始輸入是“q”？ y n 輸入是“b”？輸入是“a”？調(diào)用music y顯示出錯信息n調(diào)用music y退出n圖4-1 主流程圖主程序調(diào)用返回主程序指向下一個數(shù)據(jù)調(diào)用gensound頻率值是“-1”？裝入音符頻率值寄存器入棧music子程序流程圖如圖4-2。yn圖4-2 music子程序流程圖gensound子程序流程圖如圖4-3所示：bx=0?返回music恢復(fù)寄存器調(diào)用waitf設(shè)置cx初始值開始計數(shù)并打開揚(yáng)聲器計數(shù)初值裝入2號計數(shù)器求取發(fā)聲頻率設(shè)置計數(shù)器2工作方式寄存器入棧程序調(diào)用 n y圖4-3 gensound子程序流程圖5 程序調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果程序編寫完成后在mf2k

17、p集成軟件環(huán)境中運(yùn)行，剛開始編譯時，出現(xiàn)了很多的變量未定義的錯誤，經(jīng)過反復(fù)檢查，將拼寫錯誤的地方一一改正，再次運(yùn)行時出現(xiàn)了圖5-1所示的錯誤。圖5-1 運(yùn)行錯誤界面一開始不知道哪里出現(xiàn)錯誤，反復(fù)檢查程序后仍為發(fā)現(xiàn)錯誤。于是上網(wǎng)搜索“ntvdm”的意思，明白了它是一個虛擬進(jìn)程運(yùn)行時一個必要的程序。猜想可能是某個參數(shù)的設(shè)置超出了該進(jìn)程的參數(shù)范圍。于是重新調(diào)試程序，終于發(fā)現(xiàn)時調(diào)用bios 10h號中斷0子功能中al設(shè)置的文本模式設(shè)置錯誤，其中al的值不能大于3。修改后將al值改為02h后，該錯誤得以解決。隨后發(fā)現(xiàn)在按照提示正確輸入時，可以演奏音樂，但是當(dāng)輸入錯誤的字符時，發(fā)現(xiàn)屏幕并不顯示錯誤提示語，

18、經(jīng)過多次檢查和調(diào)試，發(fā)現(xiàn)是沒有清屏程序重新設(shè)置文本顯示模式，加上該段代碼后程序運(yùn)行正常。調(diào)試過程中聲音的節(jié)拍調(diào)試時間比較長，多次取值后得到一個可以識別的演奏聲音。解決完程序中的問題后，按提示語輸入相應(yīng)的字符命令，可以播放相應(yīng)的歌曲或是退出，輸入錯誤時會出現(xiàn)錯誤提示語句?；灸軐?shí)現(xiàn)要求的功能。6 小結(jié)與體會本文編寫的音樂演奏程序可以滿足設(shè)計要求，能夠播放音樂，并且能夠有屏幕顯示，極大地方便了人機(jī)交互。這次微機(jī)原理課程設(shè)計歷時兩個星期，在整整兩星期的日子里，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在這次的課程設(shè)計中，對于匯編語言的各種功能終于有了一個比較全面和具體的認(rèn)

19、識，在親自動手編寫程序的過程中，發(fā)現(xiàn)了很多讀程序時不能發(fā)現(xiàn)的漏洞。雖然上課學(xué)過很多的理論，平時也看了一些輔導(dǎo)書上的程序，但是真正自己動手才發(fā)現(xiàn)以前對于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，各種指令和偽指令代碼間的聯(lián)系還不會應(yīng)用，這次經(jīng)過一段上機(jī)的實(shí)踐，對于怎么去排錯、查錯，怎么去看每一步的運(yùn)行結(jié)果，怎么去了解每個寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。在這次課程設(shè)計中，把以前學(xué)的支離破碎的指令代碼相互的功能結(jié)合起來，使它們共同組成一個具有一定功能的小程序，這樣大大提高了對于匯編語言的功能的認(rèn)識，同時也極大地提高了我的興趣。通過這次課程設(shè)計使我更加體會到了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，

20、只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在實(shí)踐中可能會遇到各種各樣的問題，不多經(jīng)歷就無法感受到這一點(diǎn)。要在實(shí)踐中提高自己的動手能力和解決問題的能力，從而學(xué)以致用。參考文獻(xiàn)1 沈美明、溫冬蟬.ibm-pc匯編語言程序設(shè)計（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，20012 周明德.微型計算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第4版）.北京：清華大學(xué)出版社，20053 陳章龍、陳澤文.ibm-pc機(jī)軟硬件接口及實(shí)驗(yàn).北京：人民郵電出版社，19934 王爽.匯編語言（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，20085 周佩玲、彭虎、傅中謙.微機(jī)原理與接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2005附錄1 程序源代碼data segment info1 d

21、b 0dh,0ah,' assembly music player$' info2 db 0dh,0ah,' -$'info3 db 0dh,0ah,' |please select a music|$' info4 db 0dh,0ah,' -$' info5 db 0dh,0ah,' error! choose a b q$' info6 db 0dh,0ah,' please input again!$' muslist db 0dh,0ah,' a liangzhilaohu'

22、; db 0dh,0ah,' b zhengfu' db 0dh,0ah,' q exit' db 0dh,0ah,' ' db 0dh,0ah,' $' ;* 兩只老虎mus_freg1 dw 262,294,330,262 dw 262,294,330,262 dw 330,350,393 dw 330,350,393 dw 393,441,393,350,330,262 dw 393,441,393,350,330,262 dw 262,441,262 dw 262,441,262,-1 mus_time1 dw 4*15,

23、 4*15,4*15,4*15 dw 4*15, 4*15,4*15,4*15 dw 4*15, 4*15,8*15 dw 4*15, 4*15,8*15 dw 2*15,1*15,2*15,1*15,4*15,4*15 dw 2*15,1*15,2*15,1*15,4*15,4*15 dw 4*15, 4*15,8*15 dw 4*15, 4*15,8*15;* 征服mus_freg2 dw 392,392,523,523,587,587,523,587,659,784,659,392,392,415 dw 659,659,698,659,587,523,523,415,415,523,65

24、9,587 dw 392,392,523,523,587,587,659,659,784,784,392,415,523 dw 659,659,698,659,587,523,415,659,784,784,523,587,523,523 dw 784,1046,988,784,784,880,784 dw 784,1046,988,784,880,659,880 dw 880,880,880,784,659,659,698 dw 698,698,698,784,880,659,698,587 dw 784,1046,988,784,784,880,784 dw 784,1046,988,78

25、4,880,659,880 dw 880,880,880,784,659,659,698 dw 698,698,698,659,523,523,587,523,-1mus_time2 dw 8 dup(50),3 dup(100),50,100,250 dw 50,50,100,50,100,50,50,200,50,50,100,250 dw 7 dup(50),100,50,150,50,100,200 dw 50,50,3 dup(100),125,25,50,125,25,50,50,150,250 dw 50,100,50,50,100,50,250 dw 50,100,50,50,

26、100,50,250 dw 50,50,100,50,100,50,250 dw 50,50,100,50,50,200,50,250 dw 50,100,50,50,100,50,250 dw 50,100,50,50,100,50,250 dw 50,50,100,50,100,50,300 dw 50,50,100,4 dup(50),200;* data ends stack segment db 200 dup ('stack') stack ends code segment assume ds:data,ss:stack,cs:code main: mov ax,

27、data mov ds,ax mov ah,00h ;bios 10子功能 mov al,02h ;80*25彩色文本模式 int 10h ;bios 10功能調(diào)用 call clr ;* 定義宏 show macro b lea dx,b ;將提示語的偏移地址送入dx mov ah,9 ;調(diào)用中斷，輸出多字符 int 21h endm ;* 音樂地址宏 address macro a,b lea si,a ;將頻率表的偏移地址送入silea bp,ds:b ;將節(jié)拍時間表的偏移地址送入bpendm ;* show info1 show info2 show info3 show info4

28、show muslist input: mov ah,01h ;等待輸入一個字符 int 21h cmp al,'q' ;比較字符 jz retu ;是，返回 cmp al,'a' ;與a比較 jnz b0 ;不等再比較 address mus_freg1,mus_time1 ;取數(shù)據(jù) call music ;調(diào)用音樂子程序 jmp exit1 b0: cmp al,'b' jnz exit address mus_freg2,mus_time2 call music exit1: jmp input ;繼續(xù)等待輸入exit: mov ah,00

29、h ;bios 10子功能 mov al,02h ;80*25彩色文本模式 int 10h ;bios 10功能調(diào)用 call clr ;背景清屏 show info5 ;輸入錯誤，顯示提示語 show info6 show info1 show info2 show info3 show info4 show muslist jmp input retu: mov ah,4ch ;返回 int 21h ;* ;背景清屏clr proc near mov bh,0 ;第0頁 mov bl,011010b ;字符屬性 mov dx,0000h ;0行0列 mov al,' ' ;要輸出的字符 mov cx,80*25 ;循環(huán)次數(shù) mov ah,02h ;置光標(biāo)位置 int 10h mov ah,09h ;bios 10子功能調(diào)用，輸出字符 int 10h retclr endp;*發(fā)聲 gensound proc near push ax ;保護(hù)寄存器 push bx push cx push dx push di mov