【正文】 武漢理工大學(xué)《微機(jī)原理及接口技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 鄭舟 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0808 指導(dǎo)教師： 徐小強(qiáng) 工作單位： 自動(dòng)化 題 目: 電子琴軟件設(shè)計(jì)初始條件：用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴，在屏幕上顯示出來(lái)，界面要美觀，功能上模擬現(xiàn)實(shí)電子琴功能。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）1．實(shí)現(xiàn)彈奏功或演奏。其中彈奏：用戶每按一琴鍵彈奏相應(yīng)音符；演奏：按下某鍵后自動(dòng)彈奏預(yù)存琴譜功能；還可以附加變調(diào)功能。2．界面要美觀。3．撰寫符合學(xué)校要求的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，內(nèi)容包括：摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄（程序清單）。正文部分包括：設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、方案比較及論證、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明（軟件思想，流程，源程序設(shè)計(jì)及說(shuō)明等）、程序調(diào)試說(shuō)明和結(jié)果分析、課程設(shè)計(jì)收獲及心得體會(huì)。時(shí)間安排：1. 1月08日1月10日 查閱資料及方案設(shè)計(jì)2. 1月11日1月13日 編程3. 1月14日1月16日 調(diào)試程序4. 1月17日1月18日 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告5. 1月19日 上午準(zhǔn)備答辯，下午正式答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘 要 11 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 22 工作原理 2 8253簡(jiǎn)介 3 8255簡(jiǎn)介 43設(shè)計(jì)思路 4 程序功能描述 4 程序流程圖 5 DOS/BIOS功能調(diào)用 6 INT 16H(鍵盤I/O中斷) 6 INT 10H(屏幕及顯示器中斷) 7 INT 21H(DOS系統(tǒng)功能調(diào)用) 84 方案比較及論證 85 程序源代碼及注釋 86 運(yùn)行結(jié)果分析 117 調(diào)試過程記錄 128 課程設(shè)計(jì)小結(jié) 13參考文獻(xiàn) 14附錄 15電子琴軟件設(shè)計(jì)摘 要本文通過8255和8253來(lái)實(shí)現(xiàn)電子琴模擬，主要可以分成兩部分，分別為輸入部分和發(fā)音部分。輸入部分主要是由8255和8個(gè)常開型開關(guān)來(lái)完成。發(fā)音部分由CUP通過對(duì)定時(shí)器8253的通道2進(jìn)行編程，使其I/O寄存器接收一個(gè)控制聲音頻率的16位計(jì)數(shù)值，端口61H的最低位控制通道2門控的開斷，以產(chǎn)生特殊的音響。本文用到的是8253的方式3——方波發(fā)生器。在程序設(shè)計(jì)中，為了避免過于頻繁的調(diào)用中斷顯示字符串，應(yīng)用了宏定義；還通過子程序調(diào)用，有效的解決了跳轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移過多的問題；再加上合理的DOS和BIOS功能調(diào)用，以及各種指令的綜合，最終作出了漂亮的電子琴界面，并實(shí)現(xiàn)了電子琴演奏高、中、低音，以及播放預(yù)存樂曲的功能。關(guān)鍵詞：電子琴 8253定時(shí)器 8255 DOS調(diào)用 宏定義 1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求初始條件：用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)電子琴，在屏幕上顯示出來(lái)，界面要美觀，功能上模擬現(xiàn)實(shí)電子琴功能。要求完成的主要任務(wù)：1．實(shí)現(xiàn)彈奏功或演奏。其中彈奏：用戶每按一琴鍵彈奏相應(yīng)音符；演奏：按下某鍵后自動(dòng)彈奏預(yù)存琴譜功能；還可以附加變調(diào)2．界面要美觀。2 工作原理PC機(jī)揚(yáng)聲器電路以及相關(guān)接口電路如圖21。圖21 PC機(jī)揚(yáng)聲器電路及相關(guān)接口電路通過8255和8253來(lái)實(shí)現(xiàn)電子琴模擬，主要可以分成兩部分，分別為輸入部分和發(fā)音部分。輸入部分：主要是由8255和8個(gè)常開型開關(guān)來(lái)完成。 發(fā)音部分：CUP通過對(duì)定時(shí)器的通道2進(jìn)行編程，使其I/O寄存器接收一個(gè)控制聲音頻率的16位計(jì)數(shù)值，端口61H的最低位控制通道2門控的開斷，以產(chǎn)生特殊的音響。 當(dāng)通道2用于發(fā)聲時(shí)，采用的是方式3，在方式3下，輸出線為“1”和為“0”的時(shí)間各占計(jì)數(shù)時(shí)間的一半，因而產(chǎn)生一系列間隔均勻的脈沖。從定時(shí)器輸出的方波信號(hào)，經(jīng)功率放大和濾波后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。送到揚(yáng)聲器的信號(hào)還受到了從并行接口芯片8255（端口地址為61H）來(lái)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(hào)，端口61H的PB1位和定時(shí)器的輸出信號(hào)同時(shí)作為與門的輸入，PB0和PB1位可由程序決定為0還是為1。顯然只有PB0和PB1都是1時(shí)，才能使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音?？刂埔糸L(zhǎng)的時(shí)間可以簡(jiǎn)單地通過反復(fù)執(zhí)行指令來(lái)得到。 8253簡(jiǎn)介8253芯片是常用的可編程計(jì)數(shù)器，在微機(jī)中有著極其重要的作用。常用于事件計(jì)數(shù)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，分頻器，方波發(fā)生器，硬件觸發(fā)的單脈沖發(fā)生器等。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253包括3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，而每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種工作方式，可以按二進(jìn)制或十進(jìn)制(BCD碼)進(jìn)行計(jì)數(shù)。本文用到的是8253的方式3——方波發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易電子琴的設(shè)計(jì)。8253的方式控制字如圖22所示。圖22 8253的方式控制字8253的工作方式3——方波發(fā)生器：它的特點(diǎn)是：(1)輸出為周期性的方波。若計(jì)數(shù)值為N，則輸出方波的周期是N個(gè)CLK脈沖的寬度。(2)寫入控制字后，輸出將變?yōu)楦唠娖?，?dāng)寫入計(jì)數(shù)初值后，就開始計(jì)數(shù)，輸出仍為高電平；當(dāng)計(jì)數(shù)到初值的一半時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖剑敝劣?jì)數(shù)到0，輸出又變?yōu)楦唠娖?，重新開始計(jì)數(shù)。(3)若計(jì)數(shù)值為偶數(shù)，則輸出對(duì)稱方波；如果計(jì)數(shù)值為奇數(shù)，則前（N+1）/2個(gè)CLK脈沖期間輸出為高電平，后（N1）/2個(gè)CLK脈沖期間輸出為低電平。(4)GATE信號(hào)能使計(jì)數(shù)過程重新開始，GATE=1允許計(jì)數(shù)，GATE=0禁止計(jì)數(shù)。停止后OUT將立即變高電平，當(dāng)GATE再次變高以后，計(jì)數(shù)器將自動(dòng)裝入計(jì)數(shù)初值，重新開始計(jì)數(shù)。 8255簡(jiǎn)介按功能可把8255分為三個(gè)邏輯電路部分，即：口電路、總線接口電路和控制邏輯電路。8255共有三個(gè)8位口，其中A口和B口是單純的數(shù)據(jù)口，供數(shù)據(jù)I/O使用。而C口則既可以作數(shù)據(jù)口，又可以作控制口使用，用于實(shí)現(xiàn)A口和B口的控制功能。8255A的方式控制字如圖23所示。圖23 8255A的方式控制字3設(shè)計(jì)思路 程序功能描述程序開始，顯示電子琴界面和提示信息，對(duì)緩存區(qū)初始化。按鍵掃描，接著調(diào)用發(fā)音子程序把a(bǔ)l送緩存區(qū)，發(fā)出與按鍵相對(duì)應(yīng)頻率的聲音，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)鋼琴功能：鍵盤按鍵“q、w、e、r、t、y、u”實(shí)現(xiàn)音調(diào)的高音輸入；鍵盤按鍵“a、s、d、f、g、h、j”實(shí)現(xiàn)音調(diào)的中音輸入；鍵盤按鍵“z、x、c、v、b、n、m”實(shí)現(xiàn)音調(diào)的低音輸入。不停地對(duì)Esc鍵進(jìn)行掃描，當(dāng)Esc鍵按下時(shí)，就退出程序；當(dāng)按下p時(shí)，播放預(yù)存音樂；當(dāng)檢測(cè)到Enter鍵時(shí)，退出到計(jì)算機(jī)鋼琴演奏狀態(tài)。 程序流程圖程序流程圖如圖31所示。圖31 程序流程圖 DOS/BIOS功能調(diào)用DOS操作系統(tǒng)為程序設(shè)計(jì)者提供了可以直接調(diào)用的軟中斷處理程序，每一個(gè)中斷處理程序完成一個(gè)特定的功能操作。依據(jù)編程需要選擇適當(dāng)?shù)奶幚沓绦?，編程者不需再重新編寫程序，而是使用INT n軟中斷指令。每執(zhí)行一種不同類型碼n的軟中斷指令，就執(zhí)行一個(gè)中斷處理程序，其主要功能如下： (1)磁盤的讀/寫控制。 (2)內(nèi)存管理、文件操作和目錄管理。 (3)基本輸入/輸出（對(duì)鍵盤、打印機(jī)和顯示器等）控制，另外還有日期、時(shí)間管理等。BIOS是固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中的一系列輸入/輸出服務(wù)程序，它存放于內(nèi)存的高地址區(qū)域內(nèi)，除負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)中的全部?jī)?nèi)部中斷外，還提供對(duì)主要I/O接口的控制功能，如鍵盤、顯示器、磁盤、打印、日期與時(shí)間等。BIOS采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)功能模塊的入口地址都存于中斷向量表中。對(duì)這些中斷調(diào)用是通過軟中斷指令I(lǐng)NT n來(lái)實(shí)現(xiàn)的，中斷指令中的操作數(shù)n即為中斷類型碼。 　　BIOS的調(diào)用方法與DOS系統(tǒng)功能調(diào)用方法類似： (1)置功能號(hào)于AH中。 (2)置入口參數(shù)。 (3)執(zhí)行INT n 。 (4)分析出口參數(shù)及狀態(tài)。下面介紹程序中將要用到的一下DOS/BIOS功能調(diào)用： INT 16H(鍵盤I/O中斷)1. 功能號(hào)：00H功能：從鍵盤讀入ASCII字符，放在AL中入口參數(shù)：AH=00H2. 功能號(hào)：01H功能：測(cè)試有無(wú)鍵被按下入口參數(shù)：AH=01H INT 10H(屏幕及顯示器中斷)1. 功能號(hào)：00H功能：設(shè)置顯示模式入口參數(shù)：AH=00H AL=顯示模式2. 功能號(hào)：02H 功能：用文本坐標(biāo)下設(shè)置光標(biāo)位置 入口參數(shù)： AH＝02H BH＝顯示頁(yè)碼 DH＝行(Y坐標(biāo)) DL＝列(X坐標(biāo)) 3. 功能號(hào)：09H 功能：在當(dāng)前光標(biāo)處按指定屬性顯示字符 入口參數(shù)：AH＝09H AL＝字符 BH＝顯示頁(yè)碼 BL＝屬性(文本模式)或顏色(圖形模式) CX＝重復(fù)輸出字符的次數(shù) 4. 功能號(hào)：0BH 功能：設(shè)置調(diào)色板、背景色或邊框 入口參數(shù)：AH＝0BH設(shè)置顏色：BH＝00H，BL＝顏色選擇調(diào)色板：BH＝01H，BL＝調(diào)色板(320200、4種顏色的圖形模式) 。5. 功能號(hào)：0CH 功能：寫圖形象素 入口參數(shù)：AH＝0CH AL＝象素值 BH＝頁(yè)碼 (CX、DX)＝圖形坐標(biāo)列(X)、行(Y) INT 21H(DOS系統(tǒng)功能調(diào)用)功能號(hào)：4CH功能：退出系統(tǒng)，返回DOS入口參數(shù)：AH=4CH4 方案比較及論證在程序設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多問題，總結(jié)起來(lái)有以下幾點(diǎn)：?jiǎn)栴}1：要顯示的字符串過多，但又不想重復(fù)寫代碼原因：過于頻繁的調(diào)用中斷顯示字符串，導(dǎo)致程序過于龐大和復(fù)雜，可讀性差。解決辦法：解決這種問題的最好方法是直接把顯示部分寫成子過程，但是子過程在遞參數(shù)的時(shí)候不方便，所以就用宏定義，宏定義可以很方便的傳遞參數(shù)，不僅使得程序美觀好看，而且可讀性好，程序代碼緊湊。問題2：寄存器不夠用原因：使用了太多的寄存器，AX、BX、CX、DX。解決辦法：使用外部變量定義，定義外部變量的方法為：變量名 數(shù)據(jù)類型 ?問題3：跳轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移指令跳出的范圍太大，編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤原因：程序結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，龐大。解決辦法：使用過程，也就是子程序設(shè)計(jì)，直接把一個(gè)要頻繁要用到的函數(shù)打包成一個(gè)子過程，然后用CALL調(diào)用子過程就可以了，這樣就可以避免使用跳轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)移指令了。5 程序源代碼及注釋主程序如下（宏定義及子程序見附錄）：data segment。進(jìn)度條字符st_load db 10 。起始行 db 4 。起始列 db 0bh 。字體顏色 db 39。IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII39。 db 00。字符定義start_col db ? 。存儲(chǔ)起始行text db 14 。起始行 db 2 。起始列 db 0fh 。字體顏色 db 39。piano AUTOMATION 0808 ^_^39。,0ffh,0ffh 。顯示字 db 39。 HAVE A GOOD TIME!39。,0ffh 。以0ffh來(lái)判斷是否換行 db 39。 [1234567]39。,0ff