微机原理及应用 电子琴课程设计_微机电子琴课程设计

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科技学院 微机原理及应用 课 程 设 计

设计名称： 设计模拟电子琴 模拟 指导老师： 指导老师：-----设计者姓名：-----专业班级：自动化 学 号：----------设计时间： 2012.6

摘 要：本文通过 8255 和 8253 来实现电子琴模拟，主要可以分成两部分，分别为输入部分和发音部分。输入部分：主要是由 8255 和 8 个常开型开关来完成。发音部分：CUP 通过对定时器 8253 的通道 2 进行编程，使其 I/O 寄存器接收一 个控制声音频率的 16 位计数值，端口 61H 的最低位控制通道 2 门控的开断，以 产生特殊的音响。本文用到的是 8253 的方式 3——方波发生器。关键词： 关键词：8253 定时器；8255；电子琴

1.引言

引言 ：8253 芯片是常用的可编程计数器，在微机中有着极其重要的作用。常用于事件计数器，单稳态触发器，分频器，方波发生器，硬件触发的单脉冲发生器 等。计数器/定时器 8253 包括 3 个独立的 16 位计数器通道，而每个计数器都有 6 种工作方式，可以按二进制或十进制（BCD 码）进行计数。本文用到的是 8253 的方式 3——方波发生器来实现了简易电子琴的设计。

2.1 8253 简介

8253 为可编程定时/计数器，一片 8253 上有 3 个独立的 16 位计数器通道，可以作为定时器或计数器使用，每个计数器都可设定为按照二进制或 BCD 码进行 计数，计数速率可达 2MHZ，每个计数器有 6 种工作方式，可编程设置和改变。

如下图为 8253 的内部结构图。在图中可以清楚地看到，8253 主要是由数据总线 缓冲存储器，读写控制电路，控制字寄存器和 3 个通道 4 部分所组成。

8253 内部结构【1】（如图 1 所示）及外部引脚【1】（如图 2 所示）

图 1：8253 内部结构图

图 2：8253 引脚图

8253 的控制字和编程【1】 如图 3 所示

图 3：8253 控制字 2.8253 的工作方式 3——方波发生器【1】

方式 3 的波形如图 4 所示，它的特点是：

（1）输出为周期性的方波。若计数值为 N，则输出方波的周期是 N 个 CLK 脉冲 的宽度。

（2）写入控制字后，输出将变为高电平，当写入计数初值后，就开始计数，输 出仍为高电平； 当计数到初值的一半时，输出变为低电平，直至计数到 0，输出又变为高电平，重新开始计数。

（3）

若计数值为偶数，则输出对称方波；如果计数值为奇数，则前（N+1）/2 个 CLK 脉冲期间输出为高电平，后（N-1）/2 个 CLK 脉冲期间输出为低电 平。

（4）

GATE 信号能使计数过程重新开始，GATE=1 允许计数，GATE=0 禁止计数。停止后 OUT 将立即变高电平，当 GATE 再次变高以后，计数器将自动装入 计数初值，重新开始计数。

图 4：8253 工作方式 3 波形

3.8255 的简介【2】

8255 是一个 40 引脚的双列直插式集成电路芯片。按功能可把 8255 分为三 个逻辑电路部分，即：口电路、总线接口电路和控制逻辑电路。8255 共有三个 8 位口，其中 A 口和 B 口是单纯的数据口，供数据 I/O 使用。而 C 口则既可以作数 据口，又可以作控制口使用，用于实现 A 口和 B 口的控制功能。总线接口电路用 于实现 8255 和单片微机的信号连接。其中包括：数据总线缓冲器，读/写控制逻 辑，控制逻辑电路。

内

部的结

构

如

图

所

示

图 5：8255 结构图

8255A 的方式控制字如图 6 所示

图 6：8255A 的方式控制字

4.用 8235 和 8255 设计简易电子琴

设计任务与要求 以 K1-K8 接 8255 的 A 口做为电子琴的键盘分别输入静音、do、re、mi、fa、sol、la、si 的音，以 8255 的 B 口作为输出。用 8253 定时器产生频率 控制扬声器发生。1.以 8255 接八个开关 K1-K8，做电子琴按键输入。2.以 8253 控制扬声器，发出相应的音阶。要求： K1—静音 K2—发 si 的音 493Hz K3—发 la 的音 440Hz K4—发 sol 的音 392Hz K5—发 fa 的音 349Hz K6—发 mi 的音 329Hz K7—发 re 的音 293Hz K8—发 do 的音 261Hz

设计原理【3】：通过 8255 和 8253 来实现电子琴模拟，主要可以分成两部分，分别为输入部分和发音部分。

输入部分：主要是由 8255 和 8 个常开型开关来完成。

发音部分：CUP 通过对定时器的通道 2 进行编程，使其 I/O 寄存器接收一个 控制声音频率的 16 位计数值，端口 61H 的最低位控制通道 2 门控的开断，以产 生特殊的音响。当定时器接收的计数值为 533H 时，能产生 896Hz 的声音，因此产生其他频率的计数值就可由下式计算

计数值=533H*896/f=1234DCH/f

当通道 2 用于发声时，采用的是模式 3，在模式 3 下，输出线为“1”和为“0” 的时间各占计数时间的一半，因而产生一系列间隔均匀的脉冲。从定时器输出的方波信号，经功率放大和滤波后驱动扬声器。送到扬声器的信号 还受到了从并行接口芯片 8255（端口地址为 61H）来的双重控制，端口 61H 的最 低位控制通道 2 的门控开断，以产生特殊的音频信号，端口 61H 的 PB1 位和定时 器的输出信号同时作为与门的输入，PB0 和 PB1 位可由程序决定为 0 还是为 1。显然只有 PB0 和 PB1 都是 1 时，才能使扬声器发出声音。控制音长的时间可以简 单地通过反复执行指令来得到。执行 2801 次 LOOP 指令约需要 10MS 的时间。因 此用 10MS 的倍数值来控制扬声器开关的时间间隔，就可控制发声的音长了。（1）程序流程图（2）程序流

程

图

如

图

所

示

：

图 7：流程图

（2）程序清单

发音部分程序源代码如下

把计数值送 8253 前，必须先把 8253 进行初始化，使其选用通道 2，工作在 方式 3 下。MOV AL,0B6H

OUT 43H,AL

；43H 为 8253 的控制字端口

计算计数初值，计数值送到 8253，用以产生需要的发音频率利用定时器发 声。这里是通过硬件即 8253 定时器产生声音。CUP 通过对定时器的通道 2 进行 编程，使其 I/O 寄存器接收一个控制声音频率的 16 位计数值，端口 61H 的最低 位控制通道 2 门控的开断，以产生特殊的音响。当定时器接收的计数值为 533H 时，能产生 896Hz 的声音，因此产生其他频率的计数值就可由下式计算： 计数值=533H*896/f=1234DCH/f MOV DX,12H MOV AX,348CH

DIV DI

；（DI）=频率

OUT 42H,AL

；42H为8253的通道2端口 MOV AL,AH OUT 42H,AL

送到扬声器的信号还受到了从并行接口芯片 8255（端口地址为 61H）来的双 重控制，端口 61H 的最低位控制通道 2 的门控开断，以产生特殊的音频信号，端 口 61H 的 PB1 位和定时器的输出信号同时作为与门的输入，PB0 和 PB1 位可由程 序决定为 0 还是为 1。显然只有 PB0 和 PB1 都是 1 时，才能使扬声器发出声音。

IN AL,61H MOV AH,AL OR AL,3

OUT 61H,AL ；开扬声器 ；

控制音长的时间可以简单地通过反复执行指令来得到。我们知道执行 2801 次

LOOP 指令约需要 10MS 的时间。因此用 10MS 的倍数值来控制扬声器开关的时间 间隔，就可控制发声的音长了。LOOP1: MOV CX,2801

；发音时间 10ms JMP LOOP2 LOOP2: PUSH AX LOOP3: IN AL,61H AND AL,10H CMP AL,AH JE LOOP3 MOV AH,AL LOOP LOOP3 POP AX

DELAY: LOOP DELAY

；延时 DEC BX JNZ LOOP1 输出 61 端口的值

MOV AL,AH OUT 61H,AL

5.结论

结论:

达到题目要求内容，以 K1-K8 接 8255 的 A 口做为电子琴的键盘分别输入静 音、do、re、mi、fa、sol、la、si 的音，以 8255 的 B 口作为输出。用 8253 定 时器产生所需音阶频率控制扬声器发音。