中國礦業(yè)大學(xué)硬件課程設(shè)計.doc

.硬件課程設(shè)計報告 設(shè)計題目： 硬件電子琴電路設(shè)計 設(shè)計時間： 2012-09 摘要本次硬件課程設(shè)計課程，是配合本學(xué)期微型計算機原理與接口技術(shù)的教學(xué)，也是要讓我們能夠更深入的認識接口芯片技術(shù)以及匯編編程，做到理論和實踐相結(jié)合。在課程中，我們選擇的設(shè)計項目是“可存儲式電子琴”：一個簡易的模擬電子琴。即在匯編語言環(huán)境下，編程讓I/O口控制8253，利用鍵盤控制音階，8253識別發(fā)聲從而實現(xiàn)按下設(shè)定好的不同的鍵發(fā)出不同頻率的聲音。目錄1、選題22、需求分析23、設(shè)計任務(wù)與要求24、總體方案與說明24.1總體方案24.2電路原理圖與說明34.3功能模塊圖 44.4 實驗原理 65、硬件框圖與說明 65.1. 8279芯片介紹65.28253芯片介紹96、軟件功能107軟件主要模塊流程圖137.1高中低音轉(zhuǎn)換程序流程圖138源程序清單與注釋128.1高中低音轉(zhuǎn)換程序139問題分析與解決方案 3110結(jié)論與體會 2211參考資料 241、選題本實驗的課題是可存儲式電子琴，這是一個很好的課題，實現(xiàn)這一課題的過程中充滿趣味性，并且這一課題具有一定難度，實現(xiàn)起來就有挑戰(zhàn)性。2、需求分析本次硬件課程設(shè)計實驗的任務(wù)和要求是通過居于8279和8253芯片上的電路設(shè)計和電路連接并通過對它們進行編程實現(xiàn)一個電子琴的基本功能的小器件。該器件具有基本的彈奏功能（就是按下不同的鍵就會發(fā)出不同頻率的聲音），并且當還能夠?qū)崿F(xiàn)高低音轉(zhuǎn)換，最終能夠使音準最好，最好是能夠播放一段完整的音樂。3、設(shè)計任務(wù)與要求利用8279、8253芯片和鍵盤、喇叭、I/O設(shè)備設(shè)計硬件電子琴，具備如下功能：當按下琴鍵時，揚聲器發(fā)出該琴鍵相對應(yīng)的音階，同時可以通過按鍵轉(zhuǎn)換高中低音節(jié)，可以播放預(yù)存音樂。4、總體方案與說明4.1總體方案本次設(shè)計是基于Husy16/32位微機接口技術(shù)試驗系統(tǒng)而進行功能實現(xiàn)與拓展。設(shè)計中用到了8279，8253,I/O輸入等幾種芯片。設(shè)計框圖如下：鍵盤輸入喇叭發(fā)聲時鐘控制圖4.1.1設(shè)計框圖方案利用8253進行周期性掃描8279是否有鍵按下，使用8279的按鍵實現(xiàn)電子琴音節(jié)按鍵、功能的切換。本次設(shè)計功能分為：低中高音階的音頻轉(zhuǎn)換（默認狀態(tài)下是中音）以及播放預(yù)曲目兩項。4.2電路原理圖與說明圖4.2.1實物連線圖8253CS OUT0 CLK0 TATE08279CS Q0I/O輸出 CS /cs CS音響 1M74LS138圖4.2.2外部電路圖4.2.3說明（1）各芯片及器件地址：8279的控制端地址為：20AH，數(shù)據(jù)端地址為：208H8253的控制端地址為：213H，數(shù)據(jù)端地址為：210HI/O輸出的地址為：200H（2）按鍵說明：1dao音789A456B123C0FED2ruai音3mi音4fa音5sao音6la音7xi音A高音轉(zhuǎn)換鍵B中音轉(zhuǎn)換鍵C低音轉(zhuǎn)換鍵D放音鍵圖4.2.3鍵盤圖4.3功能模塊圖A低音B中音C高音延時高低音轉(zhuǎn)換開始結(jié)束圖4.3.1 功能模塊圖芯片初始化4.4 實驗原理使用8279芯片的鍵盤控制器，通過查看碼值表，讀出分別按下不同的鍵時，應(yīng)的鍵值（這里只給出當按下1-7和A、B、C、D鍵的寄存器值，如表4.2.1）。表4.4.1.按鍵1234567ABCD碼值表鍵值02H0AH22H01H09H21H00H07H29H28H2BH當某一時刻按下一個鍵的時，可以通過和各鍵值比較來判斷按下為哪一個鍵。又因為每個音階都有一個確定的頻率（如表4.2.2）表4.4.2音階1234567高音頻率(HZ）552587659700784880988中音頻率(HZ)262294330349392440494低音頻率(HZ)131147165175196220247可以通過各音階的對應(yīng)頻率值為8253賦初值，然后輸出到音響設(shè)備，以產(chǎn)生相應(yīng)音階的發(fā)音。在發(fā)音過程中，可分別為8253的GATE0端通過I/O設(shè)備輸入0和1來控制開始發(fā)音和停止發(fā)音。5、硬件框圖與說明 5.1 8279芯片介紹 如圖5.1.1所示為8279的引腳結(jié)構(gòu)，8279有40個引腳。圖5.1.1 8279引腳圖 _ .-() o( )_- 8279是可編程的鍵盤、顯示接口芯片。具有按鍵處理功能，又具有自動顯示功能。8279內(nèi)部有鍵盤FIFO（先進先出堆棧）/傳感器，雙重功能的8*8=64BRAM，鍵盤控制部分可控制8*8=64個按鍵或8*8陣列方式的傳感器。該芯片能自動消抖并具有雙鍵鎖定保護功能。（1） 數(shù)據(jù)線DB0DB7是雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，在接口電路中與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用以傳送CPU和8279之間的數(shù)據(jù)和命令。（2） 地址線Cs=0選中8279，當A0=1時，為命令字及狀態(tài)字地址；當A0=0時，為片內(nèi)數(shù)據(jù)地址，故8279芯片占用2個端口地址。（3） 控制線CLK：8279的時鐘輸入線。IRQ：中斷請求輸入線，高電平有效。/RD,/WR:讀、寫輸入控制線。SL0-SL3：掃描輸出線，用來作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出和直接輸出線。RL0-RL7：回復(fù)輸出線，是鍵盤或傳感器的矩陣信號輸入線。SHIFT：來自外部鍵盤或傳感器矩陣的輸入信號，是8279的鍵盤數(shù)據(jù)的次高位的狀態(tài)，控制鍵盤上下檔功能。在傳感器方式和選通方式中，該引腳無用。CNTL/S：控制/選通輸入線，高電平有效。鍵盤方式時，鍵盤數(shù)據(jù)最高位（D7）的信號輸入到該引腳，以擴充鍵功能；選通方式時，當該 信號到上升沿時，把RL0-RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO RAM中。OUTA0-OUTA3：通常作為顯示信號的高4位輸出線。OUTB-OUTB3：通常作為顯示信號的低4位輸出線。/BD：顯示熄滅輸出線，低電平有效。當/;BD=0時將全部熄滅。8279的工作方式：8279有三種工作方式：鍵盤方式、顯示方式、傳感器方式。（1） 鍵盤工作方式：8279在鍵盤工作方式時，可設(shè)置為雙鍵互鎖方式和N鍵循環(huán)方式。雙肩互鎖方式：若有兩個或者多個鍵同時按下時，不管按鍵先后順序如何，只能識別最后一個人被釋放的鍵，并把鍵值輸入FIFO RAM中。N鍵循環(huán)方式：一次按下任意個鍵均可被識別，按鍵值按掃描次序被送入FIFO RAM中。（2） 顯示方式：8279的顯示方式又可分為左端入口和右端入口方式。顯示數(shù)據(jù)只要寫入顯示RAM，則可由顯示器顯示出來，因此顯示數(shù)據(jù)寫入顯示RAM的順序，決定了顯示的次序。左端入口方式即顯示位置從顯示器最左端1位（最高位）開始，優(yōu)厚顯示的字符逐個向右順序排列；右端入口方式即顯示位置從顯示器最右端1位即最低位開始，以顯示的字符逐個向左移位。但無論左右入口，后輸入的總是顯示在最右端。（3） 傳感器方式：傳感器方式是把傳感器的開關(guān)狀態(tài)送入傳感器RAM中。當CPU對傳感器陣列掃描時，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器狀態(tài)發(fā)生變化就發(fā)出中斷請求（IRQ置1），中斷響應(yīng)后轉(zhuǎn)入中斷處理程序。8279的命令字及其格式：8279的各種工作方式都要通過對命令寄存器的設(shè)置來實現(xiàn)。8279共有8種命令，通過這些命令設(shè)置工作寄存器，來選擇各種方式。命令寄存器共8種，格式為：表5.1.2：D7D6D5D4D3D2D1D0如上圖，8279的一條命令由兩大部分組成，一部分表征命令類型，為命令特征位，有命令寄存器高3位D7-D5決定。D7-D5三位的狀態(tài)可組合出8種形式，對應(yīng)8類命令。另一部分為命令的具體內(nèi)容，由D4-D0決定。每種特征代表的命令如表圖3所示：表5.1.3 8279命令特征表D7 D6 D5代表的命令類型 0 0 0鍵盤/顯示命令0 0 1時鐘編程命令0 1 0讀FIFO/傳感器RAM命令0 1 1讀顯示器RAM命令1 0 0寫顯示命令1 0 1顯示禁止/熄滅命令1 1 0消除命令1 1 1結(jié)束中斷/出錯方式結(jié)束命令5.2 8253芯片介紹圖5.2.1 8253芯片引腳圖8253是可編程計數(shù)器/定時器，內(nèi)部有三個計數(shù)器，分別為計數(shù)器0、計數(shù)器1和計數(shù)器2，一個時鐘輸入端CLK，一個為門控信號輸入端GATE，另一個為輸出端OUT。每個計數(shù)器內(nèi)部有一個8位的控制寄存器。8253的通道：8253有3個通道，分別為通道0、通道1和通道2。8253的工作方式：8253中各通道有6種工作方式，以完成定時、計數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。分別為方式0（技術(shù)結(jié)束則中斷）、方式1（單脈沖發(fā)生器）、方式2（速率波發(fā)生器）、方式3（方波發(fā)生器）、方式4（軟件觸發(fā)方式計數(shù)）、方式5（硬件觸發(fā)方式計數(shù)）8253的控制字：圖5.2.2 8253控制字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD00 選擇通道0 00 計數(shù)器鎖存，供CPU讀 000 方式0 1 BCD碼計數(shù)01 選擇通道0 01只讀/寫計數(shù)器低字節(jié) 001方式1 0 二進制計數(shù)10 選擇通道0 10只讀/寫計數(shù)器高字節(jié) X10方式211 無效 11先讀/寫計數(shù)器低字節(jié)， X11方式3后讀/寫高字節(jié) 100方式4 101方式56、軟件功能（1）存儲預(yù)置音樂（2）播放預(yù)置音樂（3）鍵盤控制發(fā)聲（4）高、中、低音轉(zhuǎn)換7軟件主要模塊流程圖7.1高中低音轉(zhuǎn)換程序流程圖8259初始化開始8253初始化置空寄存器有鍵按下？ N是A?轉(zhuǎn)入高音區(qū)YY是B?轉(zhuǎn)入中音區(qū) YN是C?轉(zhuǎn)入低音區(qū) YY是1？ NN 是2？ N Y是3？ N Y Y是4？ NY 是5？ 是6？ N Y是7？ N 給8253賦對應(yīng)初值 N Y 音響發(fā)音圖7.1.1高低音轉(zhuǎn)換程序流程圖延時8、源程序清單與注釋8.1高中低音轉(zhuǎn)換程序Z8279 EQU 20AHD8279 EQU 208HLEDMOD EQU 00H ;左邊輸入,八位顯示外部譯碼八位顯示LEDFEQ EQU 38H ;掃描頻率ASSUME CS:CODE, DS:CODECODE SEGMENTSTART:MOV DX,Z8279 ;8279初始化 MOV AL, 00H OUT DX, AL MOV AL, 38H OUT DX,AL MOV DX, 213H ;8253初始化 MOV AL, 00110111B OUT DX, AL PUSH CS POP DSPD: MOV DX, 200H MOV AL, 00H OUT DX, AL MOV AL, 00H MOV DX, Z8279MOV AL, 0C2HOUT DX, AL ;置空FIFO寄存器WAIIT: NOPIN AL, DXMOV BL, ALAND AL, 80HCMP AL, 80HJE WAIIT ;FIFO正在清除期間則跳轉(zhuǎn)等待MOV AL, BLAND AL, 0FHCMP AL, 00HJE WAIIT ;無鍵按下則等待NOP ;查表,將鍵碼放入AL中LEA BX, LEDXLATMOV DX, D8279 ;將AL中內(nèi)容寫到數(shù)碼管上OUT DX, AL MOV AL, 00H MOV DX, D8279 ;判斷是哪個鍵 IN AL, DX ;判斷是在哪一個音區(qū) CMP AL, 28H JE D;中音區(qū)跳低音 CMP AL, 2AH JE GH ;中音區(qū)跳高音 M: CMP AL, 02H JE B1 CMP AL, 0AH JE B2 CMP AL, 22H JE B3 CMP AL, 01H JE B4 CMP AL,09H JE B5 CMP AL, 21H JE B6 CMP AL, 00H ;中音區(qū) JE B7 B1: JMP S1B2: JMP S2B3: JMP S3B4: JMP S4B5: JMP S5B6: JMP S6B7: JMP S7 GH: JMP GD: MOV DX, 200H MOV AL, 00H OUT DX, AL MOV AL, 00H MOV DX, Z8279MOV AL, 0C2HOUT DX, AL ;置空FIFO寄存器H: NOPIN AL, DXMOV BL, ALAND AL, 80HCMP AL, 80HJE H ;FIFO正在清除期間則跳轉(zhuǎn)等待MOV AL, BLAND AL, 0FH CMP AL, 00HJE H ;無鍵按下則等待 NOP ;查表,將鍵碼放入AL中LEA BX, LEDXLATMOV DX, D8279 ;將AL中內(nèi)容寫到數(shù)碼管上OUT DX, ALMOV DX, 200H MOV AL, 01H OUT DX, AL MOV AL, 00H MOV DX, D8279 ;判斷是哪個鍵 IN AL, DX ;判斷是在哪一個音區(qū) CMP AL, 29H JE MM ;跳轉(zhuǎn)到中音區(qū) CMP AL,2AH JE GE ;跳轉(zhuǎn)到高音區(qū) CMP AL, 02H JE A1 CMP AL, 0AH JE A2 CMP AL, 22H JE A3 CMP AL, 01H JE A4 CMP AL, 09H JE A5 CMP AL, 21H JE A6 CMP AL, 00H JE A7 ;低音區(qū) A1: JMP D1A2: JMP D2A3: JMP D3A4: JMP D4A5: JMP D5A6: JMP D6A7: JMP D7 MM: JMP PD ;跳轉(zhuǎn)到中音區(qū)GE: JMP G ;跳轉(zhuǎn)到高音區(qū) S1: MOV DX, 210H MOV AL, 17H OUT DX, AL MOV AL, 38H OUT DX ,AL CALL DELAY JMP PDS2: MOV DX, 210H MOV AL, 01H OUT DX, AL MOV AL, 34H OUT DX, AL CALL DELAY JMP PDS3: MOV DX, 210H MOV AL, 30H OUT DX, AL MOV AL, 30H OUT DX, AL CALL DELAY JMP PDS4: MOV DX, 210H MOV AL, 65H OUT DX, AL MOV AL, 28H OUT DX, AL CALL DELAY JMP PD S5: MOV DX, 210H MOV AL, 51H OUT DX, AL MOV AL, 25H OUT DX, AL CALL DELAY JMP PD S6: MOV DX, 210H MOV AL, 73H OUT DX, AL MOV AL, 22H OUT DX, AL CALL DELAY JMP PD S7: MOV DX, 210H MOV AL, 24H OUT DX, AL MOV AL, 20H OUT DX, AL CALL DELAY JMP PD D1: MOV DX, 210H MOV AL, 34H OUT DX, AL MOV AL, 76H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D D2: MOV DX, 210H MOV AL, 02H OUT DX, AL MOV AL, 68H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D D3: MOV DX, 210H MOV AL, 60H OUT DX, AL MOV AL, 60H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D D4: MOV DX, 210H MOV AL, 30H OUT DX, AL MOV AL, 57H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D D5: MOV DX, 210H MOV AL, 02H OUT DX, AL MOV AL, 51H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D D6: MOV DX, 210H MOV AL, 46H OUT DX, AL MOV AL, 45H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D D7: MOV DX, 210H MOV AL, 48H OUT DX, AL MOV AL, 40H OUT DX, AL CALL DELAY JMP D G: MOV DX, 200H MOV AL, 00H OUT DX, AL MOV DX, Z8279MOV AL, 0C2HOUT DX, AL ;置空FIFO寄存器Q: NOPIN AL, DXMOV BL, ALAND AL, 80HCMP AL, 80HJE Q ;FIFO正在清除期間則跳轉(zhuǎn)等待MOV AL, BLAND AL, 0FHCMP AL, 00HJE Q ;無鍵按下則等待 NOP ;查表,將鍵碼放入AL中LEA BX, LEDXLATMOV DX, D8279 ;將AL中內(nèi)容寫到數(shù)碼管上OUT DX, AL MOV AL, 00H MOV DX, D8279 ;判斷是哪個鍵 IN AL, DX CMP AL, 28H JE DE ;跳轉(zhuǎn)到低音區(qū) CMP AL, 29H JE ME CMP AL, 02H JE C1 CMP AL, 0AH JE C2 CMP AL, 22H JE C3 CMP AL, 01H JE C4 CMP AL,09H JE C5 CMP AL, 21H JE C6 CMP AL, 00H JE C7 C1: JMP G1C2: JMP G2C3: JMP G3C4: JMP G4C5: JMP G5C6: JMP G6C7: JMP G7 ;高音區(qū)DE: JMP D ME: JMP PD ;跳轉(zhuǎn)到中音區(qū) LED:DB 07H,66H,06H,3FH,00H,00H,00H,00H,7FH,6DH,5BH,71H,00H,00H,00H,00H DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H DB 6FH,7DH,4FH,79H,00H,00H,00H,00H,77H,7CH,39H,5EH,00H,00H,00H,00H DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H G1: MOV DX, 210H MOV AL, 09H OUT DX, AL MOV AL, 19H OUT DX, AL CALL DELAY JMP GG2: MOV DX, 210H MOV AL, 01H OUT DX, AL MOV AL, 17H OUT DX, AL CALL DELAY JMP G G3: MOV DX, 210H MOV AL, 15H OUT DX, AL MOV AL, 15H OUT DX, AL CALL DELAY JMP G G4: MOV DX, 210H MOV AL, 33H OUT DX, AL MOV AL, 14H OUT DX, AL CALL DELAY JMP G G5: MOV DX, 210H MOV AL, 76H OUT DX, AL MOV AL, 12H OUT DX, AL CALL DELAY JMP G G6: MOV DX, 210H MOV AL, 37H OUT DX, AL MOV AL, 11H OUT DX, AL CALL DELAY JMP G G7: MOV DX, 210H MOV AL, 12H OUT DX, AL MOV AL, 10H OUT DX, AL CALL DELAY JMP G GOON PROC NEAR MOV DX, 200H MOV AL, 00H OUT DX, ALGOON ENDP DELAY PROC NEAR MOV DX, 200H MOV AL, 01H OUT DX, AL PUSH CXMOV CX, 60000DLOOP $MOV DX, 200H MOV AL, 00H OUT DX, ALPOP CX RETDELAY ENDPCODE