微机原理课程设计

郑州科技学院

《微型计算机原理》课程设计

题 目学生姓名专业班级学 号院 （系）指导教师完成时间

基于proteus的8086音乐播放器

安少波 11计科一班 201115001 信息工程院 王清珍 2013年12 月 13日

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目录

一 ..................................................课程设计的目的和意义 二 ....................................................设计要求 三 ...................................................设计总框图 四 ...................................................设计设计思路说明 五 ..................................................程序流程图 六 .................................................接口电路原理图 七 ................................................设计总结 八 ....................................................汇编程序代码

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一、课程设计的目的和意义

学习和掌握计算机中常用接口电路的应用和设计技术，学会针对不同的要求设计汇编程序代码，充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使自己的设计水平和对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。

二、设计要求

利用8254作为音阶频率发生器，应先对至少两段音乐进行编码

后存入音符表，并建立好音阶表，每段音符长度不能少于60个，每首连续播放3遍后，自动播放下一段音乐，几段音乐播完后，循环播放，直到有键盘输入任意字符时停止，并且使用8255作为控制开关的并行输入接口，输入开关选择的音乐控制信号。

三、设计总框图

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四、设计设计思路说明：

电子音乐播放器属于接口电路的连接使用，本设计是以8254芯片为核心的发生系统。8086CPU在形成系统总线后，通过和8254及8255的连接使用可以很好的驱动扬声器发音。系统初始化后，8255通过B通道，从控制开关读取所需的控制字，并送入8086CPU中进行判断，选择不同的播放音乐。使8254的通过0号计数器工作在“频率发生器”方式3，向发生器发出不同频率的方波。当给定不同的计数初值时可以使扬声器发出不同频率的音响。

五、程序流程图

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六、接口电路原理图

1、8254的基本知识

8254占用4个端口，3个定时器各占1个，控制端口占1 个。8254的内部结构如图所示，它主要包括以下几个主要部分：

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8254的内部结构

（1）．数据总线缓冲器

实现8254与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传送CPU向8254的控制信息、数据信息以及CPU从8254读取的状态信息，包括某时刻的实时计数值。 （2）．读/写控制逻辑

控制8254的片选及对内部相关寄存器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、内部通道选择以及对读/写操作进行控制。 （3）．控制字寄存器

在8254的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此寄存器只能写入，不能读出。 （4）．计数通道0#、1#、2#：

这是三个独立的，结构相同的计数器/定时器通道，每一个通道包含一个16位的计数寄存器，用以存放计数初始值，一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器，锁存器在计数器工作的过程中，跟随计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取完毕之后，输出锁存器又跟随减1计数器变化。 （5）．8254外部引脚

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8254芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片，其引脚分布如图所示。8254芯片的24个引脚分为两组，一组面向CPU，另一组面向外部设备，各个引脚及其所传送信号的情况，介绍如下：

1．D7~D0：双向、三态数据线引脚，与系统的数据线连接，传送控制、数据及状态信息。

2．RD：来自于CPU的读控制信号输入引脚，低电平有效。 3．WR：来自于CPU的写控制信号输入引脚，低电平有效。 4．CS：芯片选择信号输入引脚，低电平有效。

8254的引脚

（6）. 8254端口地址

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8254端口地址

（7）. 8254功能

8253 A既可作定时器又可作计数器：

① 计数： 计数器装入初值后，当GATE为高电平时，可用外部事件作为CLK 脉冲对计数值进行减1 计数，每来一个脉冲减1，当计数值减至0时，由OUT 端输出一个标志信号。

②定时： 计数器装入初值后，当GATE为高电平时，由CLK 脉冲触发开始自动计数，当计数到零时，发计数结束定时信号。

除上述典型应用外，8253A还可作频率发生器、分频器、实时钟、单脉冲发生器等。 (二)、系统设计 （1）.控制字

8255利用端口B从音乐播放选择端口读入8位数据进行判断，同时8254选择通道0，方式3，二进制，先读低位/后高位读数。 则输入的控制字为：

MOV DX,D8255_MODE

MOV AL,10000010B OUT DX,AL

MOV DX,D8254_MODE MOV AL,00110110B OUT DX,AL （2）.演奏单音符

8254芯片（口地址为40H—43H）的0号计数器工作在方式3作为频率发生器发出方波。每一个音符对应一个频率，将与一个频率对应的计数初值写入0号计数器，扬声器就可以发出相应的音调。由于本实验采用的时钟是8086CPU时钟，其频率可选为1MHZ。故计数初值的计算公式如下：

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计数初值=1M/输出频率

1MHZ转换为16进制数为0F4240H,因此在打开扬声器的情况下执行以下子程序即可发出与输出频率对应的音调。

MOV DX ,4CH MOV AX,4B40H MOV CX,频率值

DIV CX ;AX=计数初值 OUT 40H,AL MOV AL,AH OUT 40H,AL

（3）.演奏时间控制

通过控制每个音符的演奏时间可以使乐曲更加有节奏感。最直观的方法是按照乐谱为每一个音符规定一个演奏时间，但是利用这种方法调试程序特别困难。特别是在遇到一首不熟悉的歌曲时，初期很难确定每个音符的演唱时间，而调试程序的时候费时费力，效果很差。

我们可以利用另外一种方法，即为每个音符规定一个“单位时间”。

单位时间×N=音符的演唱时间

其中，N为调试参数，一首歌曲只有一个调试参数，它为常数。由于每个音符的节奏（即演唱时间）不同，所以各个音符的“单位时间”都不一样。

每个音符演奏的 “单位时间”的确定：

我们知道，音符的节奏分为一拍、半拍、1/4拍、1/8拍等等。如果在一首歌中，所有音符中演奏时间最短的为1/8拍，我们就规定1/8拍音符的 “单位时间”为1，1/4拍音符的“单位时间”为2，半拍音符的“单位时间”为4，一拍音符的“单位时间”为8。

调试参数N的确定：

显然，如果能测出一段乐谱的总的时间t，用T(i)来表示第i个音

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符的“单位时间”，那么： N=

t

T(i)i

（4）、频率表和时间表

设计程序时，数据段设这两张 “表”，一张是频率表，将与音符对应的频率值依次写入表中，另一张是时间表，依次存放每个音符的单位时间。当然频率表项和时间表项要一一对应，不能错位，频率表的最后一个表项为0，作为重复演唱或者停止演唱的标志。在接通扬声器的情况下，依次取出频率表中的频率值，转换成计数初值写入2号计数器，依次取出时间表中的单位时间和调试参数N相乘，然后再调用延时子程序即可得到延时时间，也就是音符的演奏时间。

表一：音阶频率表

音阶 频率（HZ） 1 247

2 247（12√2）²=277 3 311 4 330 5 370 6 415 7 466 1 247（12√2）12 =247*2=494 表二：音符频率表(HZ)

247,247,277,311,311,330,330,311,311,277 277,311,277,247,466,247,415,415,247,247 277,311,311,330,330,311,311,370,415,370 311,277,247,277,277,247,330,370,415,370 330,247,247,311,311,330,311,277,247,277 370,370,370,370,247,247,277,247,415,370,--1 表三：单位时间表

4 4 8 4 4 8 4 4 4 2 2 4 4 8

4 4 4 2 2 4 4 8

4 4 8 4 4 8 8 8 4 4 4 4 8 4 4 4 4 16 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 16

七、设计总结

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（一）设计总结

通过对电子音乐播放器的设计，从电路到汇编代码，再到对程序的调试，在整个的设计过程中学到了很多，例如，对8254发生原理的理解，其工作原理就是对输入相同的脉冲，通过计数器的控制作用，输出需要的不同频率的波。同时用到了8255的并行接口，将二进制的控制信息传入8086CPU中处理，选择是否对音乐播放进行调整。在使用8255和8254接口的时候，都要对其进行初始化，这初始化程序的编写，有助于对这些接口芯片的工作原理的理解。同时在调试过程中对不同音阶进行调试，加深了对发声原理的理解与掌握。总之，在实验中自己动手，把理论知识用于实践，从中能够领会很多。

（二）设计存在的问题和不足

由于是初次设计这个微机课程设计，在设计中由于考虑不全或知识面的狭窄，导致了在实验设计中出现一些不足和错误，主要有以下几点：

1、 实验箱里面的线路连接和接线接头不是很熟悉，在实验连线中偶尔出现错误。

2、 关于实验中的芯片的使用方法，存在问题，不能准确的合理使用芯片功能。

3、 写程序代码时，由于知识面的狭窄，会对一些步骤的编写出现错误，不过查资料后都正确的改正了。

4、 关于循环和声音控制计数器中数的计算有点问题，不过经过老师的解答，也基本弄清楚了。

5、 设计中最大的难处就是实现上面的对音节时间的控制方式，在最后的编程中没有使用上面的时间控制方式，从而导致了最后输出地音乐的声音不是很标准，同时也难调试。

（三）心得体会

这次课程设用了一个星期，在这一个星期的日子里，虽然还要复习

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其他的学科知识以应对相应的期末考试，但在每天下午的设计实验室里面还是静下心来认认真真的编写汇编代码，学习连接线路芯片。在之前的书本理论知识的学习中对相应的芯片知识不是很了解，在课程设计的过程中，加深了其理解。同时，也对整个学科的知识进行了汇总学习。

从8286CPU到8255并行接口再到8254可编程计数器的使用原来和连接方法进行深入的学习，关于8255和8254相应的程序控制字进行了理解与掌握，基本熟悉了其相关的用法，在把理论知识用在了实际问题的解答之中，即进一步学会了怎么将理论与实践结合起来解决问题。

虽然，认认真真的看书找资料，但还是会在设计过程中遇到一些问题，但在老师是指导下，问题一个一个的解决，知识和动手能力再一点一点的增加，相信只有把知识应用到实际中才算是真正的学习知识。

八、汇编程序代码

D8255_MODE EQU 0C003H D8255_B_DU EQU 0C001H D8254_MODE EQU 0C063H D8254_COUT EQU 0C060H NAME DZYYBF PAGE 50,70 DATA1 SEGMENT

FREQ1 DW 247,247,277,311,311,330,330,311,311,277 DW 277,311,277,247,466,247,415,415,247,247 DW 277,311,311,330,330,311,311,370,415,370 DW 311,277,247,277,247,330,370,415,370,330 DW 247,247,311,311,330,311,277,247,415,370,0,0 TIME1 DW 50,25,25,50,50,50,50,25,100,50 DW 25,25,50,50,50,50,25,100,50,25

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DW 25,50,50,50,50,50,50,25,50,50 DW 25,25,50,50,50,25,100,75,25,25 DW 25,25,25,25,25,25,100,50,50,25,0,0 FREQ2 DW 265,294,330,262,262,294,330,262,330,349 DW 392,330,349,392,392,440,392,349,330,262 DW 392,440,392,349,330,262,294,196,262,294 DW 196,262,0

TIME2 DW 50,50,100,100,100,100,100,50,50,100 DW 100,100,100,100,50,50,100,100,100,100 DW 100,100,50,50,100,100,100,100,100,50 DW 100,100,0,0

FREQ3 DW 7 DUP(330),392,262,294,330,4 DUP(349) DW 2 DUP(330),330,294,262,294,392 DW 7 DUP(330),392,262,294,330,4 DUP(349) DW 2 DUP(330),392,392,349,294,262,0,0 TIME3 DW 2 DUP(25,25,50),4 DUP(25),100 DW 2 DUP(25,25,50),4 DUP(25)

DW 2 DUP(50),2 DUP(25,25,50),4 DUP(25),100 DW 2 DUP(25,25,50),4 DUP(25),100,0,0

DATA1 ENDS

STACK1 SEGMENT PARA STACK DW 100 DUP(?) STACK1 ENDS CODE SEGMENT

ASSUME CS:CODE,DS:DATA1

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ASSUME SS:STACK1 START:

MOV AX,DATA1 MOV DS,AX MOV AX,0 MOV SI,AX

MOV MOV OUT MOV 口

MOV 式3，

OUT 高位

MUSIC1: MOV CIRCUL1: DEC JZ LEA LEA LOOP1: MOV CMP JE CALL XOR DX,D8255_MODE

AL,10000010B DX,AL

DX,D8254_MODE AL,00110110B DX,AL CX,4H CX MUSIC2

DI,FREQ1 BP,TIME1

AX,[DI] AX,0 CIRCUL1 SPEAKER AX,AX

;B端口方式0输人 ;连接8253的控制端;定义8253为通道0，方;二进制，先读低位/后读

;取偏移地址 ;取时间偏移地址

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MOV DX,D8255_B_DU ;连接8255_B端口 IN AL,DX ;从手动控制端读入控制选择信息

MOV AH,0

CMP AX,SI ;判断输入的信息变化没有，

来的选择

AAA2: AAA3: AAA1: MUSIC2: CIRCUL2: JZ AAA1 MOV SI,AX

CMP AL,1H JNZ AAA2 JMP MUSIC1 CMP AL,2H JNZ AAA3 JMP MUSIC2 CMP AL,4H JNZ AAA1 JMP MUSIC3 ADD DI,2 ADD BP,2 JMP LOOP1 MOV CX,4H DEC CX JZ MUSIC3 LEA DI,FREQ2

;没变则表示没有改变原

;判断输入的信息，

:选择播放那首音乐

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LEA BP,TIME2 LOOP2: MOV AX,[DI] CMP AX,0 JE CIRCUL2 CALL SPEAKER XOR AX,AX

选择信息

有，没变

选择 首音乐

AAA4: AAA5: AAA6: MOV DX,D8255_B_DU ;连接8255_B端口 IN AL,DX ;从手动控制端读入控制MOV AH,0H

CMP AX,SI ;判断输入的信息变化没JZ AAA6 ;则表示没有改变原来的

MOV SI,AX

CMP AL,1H ;判断输入的信息，选择播放那JNZ AAA4 JMP MUSIC1 CMP AL,2H JNZ AAA5 JMP MUSIC2 CMP AL,4H JNZ AAA6 JMP MUSIC3 ADD DI,2