微机原理及应用课程设计

一. 设计任务及要求

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，拨动不同的开关，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

二. 方案比较和认证

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。常开型开关如右图。8个常开型开关K1~K8与8255的A口PA0~PA7相接，不触动开关时，为高电平输入，当按下开关时，就接地，为低电平输入。例如当K1键按下时，从8255中A口输入的数为11111110B，十六进制为0FEH。每一个开关按下时，都对应一个ASCII码，如下表所示： 开 关 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 0FBH 0F7H 0EFH 0DFH 0BFH 7FH 对应数据 0FEH 0FDH 对应频率 静音 493 Hz 440 Hz 392 Hz 349 Hz 329 Hz 293 Hz 261 Hz 输入部分的硬件实现比较简单，所以说主要还是在发音部分。在设计中驱动扬声器地声的主要有两种方式，分别是以位触发和定时器控制。下面就这两种不同的方式确定两个不同的设计方案。

方案1：

发声采用位触发方式。电路原理图如下所示。程序直接控制PPI（8255可编程序外围接口芯片）的输出控制寄存器（I/O端口为61H）的第一位，使该位按所需的频率进行1和0的交替变化，从而产生一串脉冲控制波形，这些脉冲经过放大后驱动扬声器发出声音。

可以利用软件延时来控制所产生的脉冲波形的长度和脉宽，就可以实现产生不同频率和不同音长的声音。软件实现的程序如下：

IN AL，61H MOV AH，AL

AND AL，0FCH ；关断定时器通道2的门控 SOUND：XOR AL，2 ；触发61H端口第1位 OUT 61H，AL

MOV CX，DX ；（DX）=控制脉冲的计数值 WAIT： LOOP WAIT ；延时循环

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DEC BX ；（BX）=脉冲持续的时间 JNZ SOUND MOV AL，AH

OUT 61H，AL ；恢复61H端口

在本方案中，通过程序的方法来控制PB1，使其在1和0之间按一定的频率变，从而产生一串脉冲。控制脉冲宽度的计数值的算法如下：

计数值=2801*100/音频

如果音频为f，则脉冲周期1/f一个半波的时间为1/2f秒，而1/2f秒的延时可简单地通过LOOP指令的循环来取得，由于2801次LOOP指令循环执行所需时间是10MS，所以一秒钟时间约执行2801*100次LOOP指令。控制脉冲宽度的计数值的实现程序如下： MOV AX，2801

MOV BX，50 ；频率不同该值就不同 MUL BX

DIV DI ；（DI）= f MOV DX，AX ；（DX）=1/2f

算出了脉冲宽度，再通过高低电平的不断变换，就可实现不同频率的脉冲方波。把此方波经滤波放大即可驱动扬声器发声了。

方案2：

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

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在送出频率计数值之前，还要给方式寄存器送一个方式值，该数决定对哪一个通道编程，采用什么模式，送入通道的计数值是一字节还是两字节，是二进制码还是BCD码。其位组合的格式如下：

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。 产生指定频率声音的程序段如下： MOV AL，0B6H

OUT 43H，AL ；43H为8253的控制字端口 MOV DX，12H MOV AX，34DCH

DIV DI ；（DI）=频率

OUT 42H，AL ；42H为8253的通道2端口 MOV AL，AH MOV 42H，AL

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。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。实现程序如下： IN AL，61H MOV AH，AL OR AL，3

OUT 61H，AL ；开扬声器 L： MOV CX，2801 DY：LOOP DY DEC BX JNZ L

MOV AL，AH

OUT 61H，AL ；关扬声器

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