微機原理課程設(shè)計音樂播放器

1、微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：音樂播放器姓 名： 學 號： 指導老師： 日 期：課程設(shè)計任務(wù)書題目：音樂播放器課程設(shè)計內(nèi)容要求：要求：1根據(jù)確定的主題進行分析，確定采用的微機芯片，并復(fù)習掌握相關(guān)知識；2設(shè)計整體結(jié)構(gòu)、框架；分析硬件框架、流程和軟件框架、流程；實現(xiàn)匯編程序；3測試完成匯編程序；4按要求完成課程設(shè)計和報告、答辯。目的：課程設(shè)計注重提高學生應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力。在掌握了基本的實驗方法和實驗技能且理論教學完成的基礎(chǔ)上，要求學生通過一周的集中工作，初步鍛煉綜合運用所學知識的能力，通過討論與合作，完成一項完整的設(shè)計工作。更深入的了解微機芯片的用法和程序的完成過程，調(diào)試方法及

2、技巧。通過這個環(huán)節(jié)來加深對微機原理與接口技術(shù)所學內(nèi)容的理解和融會貫通。設(shè)計者姓名： 指導老師意見：指導老師簽名：目 錄第一章課程設(shè)計的任務(wù)和目的31.1 課程設(shè)計任務(wù)31.2 課程設(shè)計目的3第二章課程設(shè)計基礎(chǔ)知識42.1 定時/計數(shù)器8253A42.2 8253A內(nèi)部結(jié)構(gòu)42.3 8253A外部引腳52.4 計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)62.5 8253A端口地址72.6 8253A功能72.7 8253A控制字82.8 8253A工作方式8第三章詳細設(shè)計103.1 硬件設(shè)計103.2 軟件設(shè)計13第四章程序調(diào)試14第五章總結(jié)14第六章參考文獻15第七章附錄167.1 源代碼167.2 各個音符的對應(yīng)頻率1

3、8第一章 課程設(shè)計的任務(wù)和目的1.1 課程設(shè)計任務(wù)本課程設(shè)計題目是：設(shè)計并實現(xiàn)一個音樂播放器。1. 自己選用芯片和其它的硬件。2. 自行設(shè)計電路并使用匯編語言編寫程序完成音樂播放器功能。3. 利用8253作為音階頻率發(fā)生器，對一段音樂進行編碼后存入音符表，程序中可調(diào)用音符表自動播放音樂，從中了解音樂播放的原理。4. 利用8253A和PC機，設(shè)計并實現(xiàn)簡易音樂播放器5. 使用匯編語言編寫音樂播放程序。6. 上機調(diào)試程序并聯(lián)機，利用試驗箱提供的揚聲器發(fā)聲。7. 完成實驗報告。1.2課程設(shè)計目的本課程設(shè)計注重提高學生應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力。在掌握了基本的實驗方法和實驗技能且理論教學完成的基礎(chǔ)上，要求學生

4、通過一周的集中工作，初步鍛煉綜合運用所學知識的能力，通過討論與合作，完成一項完整的設(shè)計工作。更深入的了解微機芯片的用法和程序的完成過程，調(diào)試方法及技巧。通過這個環(huán)節(jié)來加深對微機原理與接口技術(shù)所學內(nèi)容的理解和融會貫通。設(shè)計音樂播放器主要目的：Ø 通過D/A裝換器產(chǎn)生模擬信號，在實驗平臺上實現(xiàn)簡易音樂播放器。Ø 了解利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生音樂的基本方法。Ø 掌握定時/計數(shù)器8253A 的使用。第二章 課程設(shè)計基礎(chǔ)知識 2.1 定時/計數(shù)器8253A 在微機及控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到定時信號。如系統(tǒng)的日歷時鐘，動態(tài)存儲器刷新。對外部執(zhí)行機構(gòu)控制時也需要定時中斷、定時檢測、定時

5、查詢等。定時的方法主要是兩種：軟件定時：利用指令的執(zhí)行時間設(shè)計循環(huán)程序，使CPU 執(zhí)行延遲子程 序的時間就是定時時間。缺點：執(zhí)行延遲時，CPU 一直被占用，降低了CPU 的效率。硬件定時：用計數(shù)器/定時器作為主要硬件，在軟件簡單指令的控制下產(chǎn)生精確的時間延遲。突出優(yōu)點為計數(shù)時不占用CPU 時間，如利用定時器/計數(shù)器產(chǎn)生中斷信號，可建立多作業(yè)環(huán)境，提高了CPU 效率。主要功能：(1)每片上有3 個獨立的16 位的減計數(shù)器通道。(2)對于每個計數(shù)器，都可以單獨作為定時器或計數(shù)器使用，并且都可以按照二進制或十進制來計數(shù)。(3)每個通道都有6 種工作方式，都可以通過程序設(shè)置或改變。(4)每個計數(shù)器的速

6、率可高達2MHz。最高的計數(shù)時鐘頻率為26MHz。2.2 8253A內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要包括以下幾個主要部分：圖21 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）數(shù)據(jù)總線緩沖器實現(xiàn)8253與CPU數(shù)據(jù)總線連接的8位雙向三態(tài)緩沖器，用以傳送CPU向8253的控制信息、數(shù)據(jù)信息以及CPU從8253讀取的狀態(tài)信息，包括某時刻的實時計數(shù)值。（2）讀/寫控制邏輯控制8253的片選及對內(nèi)部相關(guān)寄存器的讀/寫操作，它接收CPU發(fā)來的地址信號以實現(xiàn)片選、內(nèi)部通道選擇以及對讀/寫操作進行控制。（3）控制字寄存器在8253的初始化編程時，由CPU寫入控制字，以決定通道的工作方式，此寄存器只能寫入，不能讀出。（4

7、）計數(shù)通道0#、1#、2#：這是三個獨立的，結(jié)構(gòu)相同的計數(shù)器/定時器通道，每一個通道包含一個16位的計數(shù)寄存器，用以存放計數(shù)初始值，一個16位的減法計數(shù)器和一個16位的鎖存器，鎖存器在計數(shù)器工作的過程中，跟隨計數(shù)值的變化，在接收到CPU發(fā)來的讀計數(shù)值命令時，用以鎖存計數(shù)值，供CPU讀取，讀取完畢之后，輸出鎖存器又跟隨減1計數(shù)器變化。2.3 8253A外部引腳8253芯片是具有24個引腳的雙列直插式集成電路芯片，其引腳分布如圖所示。8253芯片的24個引腳分為兩組，一組面向CPU，另一組面向外部設(shè)備，各個引腳及其所傳送信號的情況，介紹如下：（1）D7D0：雙向、三態(tài)數(shù)據(jù)線引腳，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線連接

8、，傳送控制、數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。（2）：來自于CPU的讀控制信號輸入引腳，低電平有效。（3）：來自于CPU的寫控制信號輸入引腳，低電平有效。（4）：芯片選擇信號輸入引腳，低電平有效。圖21 8253的引腳（5）A1、A0：地址信號輸入引腳，用以選擇8253芯片的通道及控制字寄存器。（6）VCC及GND：+5V電源及接地引腳（7）CLKi：i=0,1,2,第i個通道的計數(shù)脈沖輸入引腳，8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時鐘信號的頻率不得高于2.6MHZ，即時鐘周期不能小于380ns。（8）GATEi：i=0,1,2,第i個通道的門控信號輸入引腳，門控信號的作用與通道的工作方式有關(guān)。（9）OUTi：i

9、=0,1,2,第i個通道的定時/計數(shù)到信號輸出引腳，輸出信號的形式由通道的工作方式確定，此輸出信號可用于觸發(fā)其它電路工作，或作為向CPU發(fā)出的中斷請求信號。2.4 計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)每個計數(shù)器由一個16位可預(yù)置的減1計數(shù)器組成，計數(shù)初值可保存在16位的鎖存器中，該鎖存器只寫不能讀。在計數(shù)器工作時，初值不受影響，以便進行重復(fù)計數(shù)。圖中每個計數(shù)器有一個時鐘輸入端CLK作為計數(shù)脈沖源， 計數(shù)方式可以是二進制，計數(shù)范圍110000H，也可以是十進制，計數(shù)范圍165536。門控端GATE用于控制計數(shù)開始和停止。輸出OUT端當計數(shù)器計數(shù)值減到零時，該端輸出標志信號 。圖22 計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.5 8253A端

10、口地址圖23 8253A端口地址2.6 8253A功能 8253 A既可作定時器又可作計數(shù)器： (1) 計數(shù)： 計數(shù)器裝入初值后，當GATE為高電平時，可用外部事件作為CLK 脈沖對計數(shù)值進行減1 計數(shù)，每來一個脈沖減1，當計數(shù)值減至0時，由OUT 端輸出一個標志信號。(2) 定時： 計數(shù)器裝入初值后，當GATE為高電平時，由CLK 脈沖觸發(fā)開始自動計數(shù)，當計數(shù)到零時，發(fā)計數(shù)結(jié)束定時信號。除上述典型應(yīng)用外，8253A還可作頻率發(fā)生器、分頻器、實時鐘、單脈沖發(fā)生器等。2.7 8253A控制字圖24 8253A控制字說明 ： (1) 8253 A每個通道對輸入CLK按二進制或二十進制從預(yù)置值開始減

11、1計數(shù)，減到0時從OUT輸出一個信號。 (2) 8253 A編程時先寫控制字，再寫時間常數(shù)。2.8 8253A工作方式 (1) 方式0：計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式 當寫入控制字后，OUT變?yōu)榈碗娖剑攲懭氤踔岛罅⒓撮_始計數(shù)，當計數(shù)結(jié)束時，變成高電平。 (2) 方式1：可編程單次脈沖方式 當初值裝入后且GATE由低變高時，OUT變?yōu)榈碗娖?，計?shù)結(jié)束變?yōu)楦唠娖健?(3) 方式2：頻率發(fā)生器方式 當初值裝入時，OUT變?yōu)楦撸挥嫈?shù)結(jié)束，OUT變?yōu)榈汀Ｔ摲绞较氯绻嫈?shù)未結(jié)束，但GATE為低時，立即停止計數(shù)，強制OUT變高，當GATE再變高時，便啟動一次新的計數(shù)周期。 (4) 方式3：方波發(fā)生器當裝入初值后，在

12、GATE上升沿啟動計數(shù)，OUT 輸出高電平； 當計數(shù)完成一半時，OUT輸出低電平。圖25 方波圖方式3與方式2的工作方式類似，也是在初始化完成后能重復(fù)循環(huán)計數(shù)，只是輸出的波形不同。<1> 計數(shù)過程 當把方式3的控制字寫入控制字寄存器后，輸出端OUT變成高電平，作為初始電平。再將計數(shù)初值寫入計數(shù)初值寄存器CR中，再經(jīng)過一個時鐘周期，計數(shù)初值被移入計數(shù)執(zhí)行單元CE中，從下一個時鐘脈沖開始作減1 計數(shù)，方式3的計數(shù)過程分為兩種情況：第一種情況：計數(shù)初值為偶數(shù)，當作減1計數(shù)減到N/2時，輸出端OUT端變成低電平，減到0時,輸出端OUT變成高電平，并重新從初值開始新的計數(shù)過程。若GATE為高

13、電平，則一直重復(fù)同樣的計數(shù)過程?？梢?，輸出端OUT輸出連續(xù)的方波，故稱方波發(fā)生器。第二種情況：計數(shù)初值為奇數(shù)，當作減1計數(shù)減到（N+1）/2以后，輸出端OUT變成低電平，減到0時，輸出端OUT又變成高電平。并重新從初值開始新的計數(shù)過程。這時輸出端的波形為連續(xù)的近似方波。<2>門控信號的影響工作在方式3時，門控信號GATE的功能與工作方式2一樣，即GATE 為高電平時，允許計數(shù)；GATE為低電平時停止計數(shù)。GATE引腳上的信號從低電平跳到高電平時，將會重新把計數(shù)初值寄存器CR中的內(nèi)容移入計數(shù)執(zhí)行單元CE中，并以新裝入的值重新開始計數(shù)。<3>新的計數(shù)初值對計數(shù)過程的影響如果

14、在計數(shù)過程中寫入新的初值，而GATE信號一直維持高電平，則新的初值不會影響當前的計數(shù)過程，只有在計數(shù)結(jié)束后的下一個計數(shù)周期，才按新的初值計數(shù)。若寫入新的初值后，遇到門控信號的上升沿，則結(jié)束現(xiàn)行的計數(shù)過程，從下一個時鐘脈沖下降沿開始按新的計數(shù)初值進行計數(shù)?？梢姡ぷ髟诜绞?時，當計數(shù)初值為偶數(shù)，OUT端輸出連續(xù)的標準方波；當計數(shù)初值為奇數(shù)，在每個計數(shù)周期內(nèi)，有（N+1）/2個周期輸出高電平，（N-1）/2個時鐘周期輸出低電平，OUT端輸出連續(xù)的近似的方波。 第三章 詳細設(shè)計3.1硬件設(shè)計音樂播放器用到相關(guān)硬件：（本課程設(shè)計主要在DVCC598JH微機仿真實驗系統(tǒng)實現(xiàn)）1. 定時/計數(shù)器8253A

15、2. 揚聲器和喇叭驅(qū)動模塊3. 頻率發(fā)生芯片74LS393硬件連接： 定時/計數(shù)器8253A芯片模塊的CLK2接時鐘頻率選擇模塊74LS393的T7端口，分頻器的頻率源為5000HZ。 定時/計數(shù)器8253A芯片模塊的GATE2接5V，提供高電平。 定時/計數(shù)器8253A芯片模塊的OUT2 接喇叭驅(qū)動驅(qū)動模塊的SIN 端口。 喇叭驅(qū)動驅(qū)動模塊的J5插座接揚聲器的J5插座。8253A的CLK2接分頻器74LS393（右上方）的T7插孔，分頻器的頻率源為5000。圖31 硬件連接框架圖圖32 揚聲器電路圖33 揚聲器J5插口如圖32為音響電路的控制輸入插口SIN，控制輸入信號經(jīng)放大后接喇叭。圖34

16、 74LS393引腳圖圖36 DVCC-598JH仿真實驗系統(tǒng)框圖3.2 軟件設(shè)計圖37 軟件流程圖music子程序是音樂子程序，SI指向曲中的頻率，BP指向曲中的時間節(jié)拍。從SI的指向的音節(jié)表中取一個頻率，只要不是0，即有效就再讀取時間，然后調(diào)用speaker子程序，計算計數(shù)初值送入計數(shù)器，產(chǎn)生各種頻率信號，再送至揚聲器，根據(jù)所取的時間調(diào)用若干次延時子程序。這段時間揚聲器就發(fā)出該頻率的聲音，延時結(jié)束，再修改SI和BP，指向下一個頻率，重復(fù)上面的工作。播放兩首音樂后自動停止。第四章 程序調(diào)試把程序輸入PC機后，保存為.asm文件。啟用DVCC系統(tǒng)： 建立匯編源程序. 建立連接。 編譯為目標文件

17、 調(diào)試。 不通過，重新修改（語句錯誤、音調(diào)頻率不準、音調(diào)節(jié)拍不符合） 重新修改、調(diào)試。 正確運行。第五章 總結(jié)經(jīng)過一個星期的課程設(shè)計，完成任務(wù)的效果和預(yù)想中有很大的出入，雖然中間遇到了一些問題，但經(jīng)過我們的努力，還是把問題給解決了。這次課程設(shè)計對我綜合運用所學知識的能力的提高有不小的幫助，之前做的實驗都是很簡單的編程，跟硬件結(jié)合也沒有這么復(fù)雜，實現(xiàn)的功能都比較簡單，可是這次要實現(xiàn)的功能相對來說比較復(fù)雜，要求掌握的知識比較全面。經(jīng)過這次的課程設(shè)計，再一次的印證了理論來源于實踐，而實踐又能升華理論這一個觀點。 首先，要實現(xiàn)題目要求的功能并有所創(chuàng)新，我們必須全心地投入其中，養(yǎng)成一種敢于鉆研敢于創(chuàng)新的

18、習慣。在把課程要求實現(xiàn)到實際中來的過程中，首先必須清楚明白地了解幾個參考程序的每一行的意思，這就需要敢于靜心鉆研。為了把使得程序更加完整，就必須進行創(chuàng)新，這就需要敢于創(chuàng)新。 其次，通過課程設(shè)計，讓我在課本的基礎(chǔ)上，更深入的了解了各種芯片的用法和程序的完成過程，調(diào)試方法及技巧?？傊?，這次的課程設(shè)計在很大程度上提升了我的動手能力了加深了我對理論知識的理解。第六章 參考文獻1.微機原理與接口技術(shù)（第二版） 人民郵電出版社 周明德主編2匯編語言程序設(shè)計 中國水利水電出版社 相偉主編3DVCC系列單片機微機仿真實驗指導書 啟東計算機廠有限公司著4.單片機接口技術(shù) 復(fù)旦大學出版社 王修才編著5單片機原理及

19、其接口技術(shù)(第二版) 清華大學出版社 胡漢才編著6單片微機原理及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 丁元杰主編7單片機原理及接口技術(shù)(修訂版) 北京航空航天大學出版社 李朝青編著8單片機原理及應(yīng)用 北京希望電子出版社 成都木馬科技編著9單片機原理及接口技術(shù)學習輔導 電子工業(yè)出版社 朱定華編著10單片微機接口與系統(tǒng)設(shè)計 哈工大出版社 高明編著11網(wǎng)上資料第七章 附錄7.1 源代碼CODE SEGMENTASSUME CS:CODEORG 1000H ;首地址START:JMP music ;跳轉(zhuǎn)進musicmusic: lea si,freq ;取freq的偏移地址lea bp,time ;取time的偏移地

20、址Lop: mov di,cs:si ;把si的內(nèi)容放到dicmp di,0 ;0用于判斷是否結(jié)束歌曲je music2 ;結(jié)束則跳轉(zhuǎn)mov bx,bp ;把bp的內(nèi)容放到bxcall speakeradd SI,2 ;取下一頻率值add BP,2 ;取下一時間節(jié)拍值jmp Lop ;跳回lop循環(huán)music2: ;音樂2子程序 lea si,freq2 lea bp,time2Lop2: mov di,si cmp di,0 je fin ;music2結(jié)束后轉(zhuǎn)到fin關(guān)閉揚聲器 mov bx,bp call speaker add SI,2 add BP,2 jmp Lop2fin: mo

21、v al,ah ;寫回揚聲器端口61H out 61h,al;_-音樂子程序-_speakerprocpush ax ;保存堆棧push bxpush cxpush dxpush di;_初始化部分_ mov al,10110110B ;對計數(shù)器寫控制字，選計數(shù)器2，先寫低8位，后寫高8位。out 43h,al ;方式3（方波發(fā)生器）、雙字節(jié)寫和二進制計數(shù)方式寫到控制口mov dx,00h ;設(shè)置被除數(shù)mov ax,5000div di ; (DI)=頻率,商AL，余數(shù)AHout 42h,al ;先送LSB 最低有效位,42H為8253的通道2端口mov al,ahout 42h,al ;后送

22、MSB 最高有效位wait1:mov cx,6 ;設(shè)循環(huán)次數(shù)6delay1:loop delay1dec bx ;循環(huán)持續(xù)bx次，即傳進來的節(jié)拍時間jnz wait1;pop di ;恢復(fù)堆棧pop dxpop cxpop bxpop axretspeakerendp;_歌曲樂譜_;歌曲1：兩只老虎freq dw 2 dup(262,294,330,262) dw 2 dup(330,349,392) dw 2 dup(392,440,392,349,330,262) dw 2 dup(294,196,262),10 dup(-1), 0 ;歌曲頻率time dw 8 dup (10000)

23、dw 2 dup (10000,10000,20000) dw 12 dup (9000) dw 6 dup(18000) ;歌曲時間節(jié)拍值 dw 10 dup(10000);歌曲2:Merry Christmasfreq2 dw 7 dup(330),392,262,294,330,4 dup(349),2 dup(330),330,294,294,262,294,392 dw 7 dup(330),392,262,294,330,4 dup(349),2 dup(330),392,392,349,294,262,0time2 dw 2 dup(25*400,25*400,50*400),4

24、 dup(25*400),100*400,2 dup(25*400,25*400,50*400) dw 4 dup(25*400),2 dup(50*400),2 dup(25*400,25*400,50*400) dw 4 dup(25*400),100*400,2 dup(25*400,25*400,50*400),4 dup(25*400),100*400CODE ENDSEND START7.2 各個音符的對應(yīng)頻率音符  頻率/HZ 半周期/us 音符 頻率/HZ 半周期/us低1DO  262  

25、0;  1908    #4FA#   740     0676#1DO#  277     1805   中5SO   784     0638低2RE  294     1700   #

26、5SO#   831     0602#2RE#  311     1608   中6LA   880     0568低3M   330     1516   #6LA#   932 &#

27、160;   0536低4FA  349     1433   中7SI   988     0506#4FA#  370     1350   高1DO   1046    0478低5SO  39

28、2     1276   #DO#    1109    0451#5SO#  415     1205   高2RE   1175    0426低6LA  440     1136   #2RE#   1245    0402#6LA#  466     1072  &#