电子琴设计计算机硬件基础课程设计.docx
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1、 摘 要通过本学期对微机原理的学习,掌握的知识还停留在理论的上。但是这是一门实践性较强的课程,让学生在学完该课程之后,进行一次课程设计,使学生将课堂所学的知识和实践有机结合起来,初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法,提高分析和解决实际问题的能力。通过设计实践,培养学生查阅专业资料,工具书或参考书,了解有关工业标准,掌握现代设计手段和软件工具,并能以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力。微型计算机是以微处理器为核心,配以大规模集成电路存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机。微型计算机的产生与发展是与组成微型计算机的核心部件微处理器的产生与发展紧密相关的。每当一种新型的微处理
2、器出现时, 就会带动微型计算机中其他部分的相应发展。例如,微型计算机体系结构的进一步优化,存储器存储容量不断增大,存取速度不断提高,外转设备性能不断改进及新的设备的出现等都是与微处理器的发展相适应的。本次课程设计为简易电子琴设计,其主要是利用微机原理试验箱、键盘、扬声器、8254和8255芯片以及PC机对其进行模拟设计,通过编写软件程序对其进行控制。设计过程中,主要涉及到8254以及 8255芯片的端口和工作方式的选择,不同音阶的选择,以及对键盘的控制和识别功能设计,还设计了静音延时等功能。通过对所要实现的功能和硬件分析,作出了相应的流程图以及接线图。软件设计中,主要是利用了计算机汇编语言中的
3、调用、循环、逻辑等功能语句,对所要实现的功能进行编写控制,最后通过连接电路来实现所编写的功能。在设计的最开始利用汇编语言编辑8255芯片控制字, 对其进行初始化,使其工作在方式0,即基本输入输出状态,将8255的A、B端口设置为输出,C端口低四位设置为输入,经CPU运算后, 输出到8254芯片中,由此实现对其的初始8254芯片设定在工作方式3,通过程序设计将键盘输入的信号转化为不同频率的方波,从而实现扬声器不同音频的发音。C端口为输入,“OUT”指令可将输出对应一定频率的方波送到扬声器中,由此实现发声。本实验通过频率大小控制发出声音的高低,通过对延时程序的调用控制发出声音的长短。并通过所编程序
4、实现对键盘的重复扫描,最终可以重复弹奏多个音符的试验目的。关键词微机原理 电子琴 8255 8254 扫描 汇编语言摘 要2第一章 绪 论41.1课程设计题目41.2 系统需求分析41.2.1 课程设计内容41.2.2 课程设计要求41.2.3 课程设计目的51.3详细分工5第二章 设计原理62.1系统设计内容62.2系统设计原理62.3说明书72.4设计框图72.4系统实物接线图82.5系统流程图9第三章 系统总体设计103.1 芯片8255主要功能103.1.1 8255引脚图103.1.2 8255的引脚功能103.1.3 8255的工作方式103.1.3 8255的控制字113.2 芯
5、片8254主要功能113.2.1 8254引脚图113.2.2 8254引脚功能123.2.3 8254的工作方式123.2.4 8254的控制字133.2.5 44小键盘133.3程序代码14第四章 仿真与调试20第四章 个人总结22附录25元器件清单25第一章 绪 论1.1课程设计题目简易电子琴设计1.2 系统需求分析本课程设计需要的设备为硬件要求和软件配置要求具体要求如下:(1)硬件要求:PC机一台,TD-PITE实验装置一套。(2)软件配置:windows XP、WMD86联机集成开发调试软件。1.2.1 课程设计内容设计一个电子琴,以扬声器作为发声装置,以4*4键盘作为输入装置,模拟
6、钉子琴的琴键和功能按键,电子琴具有低,中,高三个音阶,能弹奏曲目。在计算机硬件实验系统基础上,自行完成扬声器模板的设计,完成该功能的基本功能,该部分占80分;并在此基础上自行完善和优化系统功能,该部分占20分。 1.按“17”中的任一数字键,则发出对应的中音。 2.若按下“高音键”和“17”中的任一数字键,则发出对应的高音。 3.若按下“低音键”和“17”中的任一数字键,则发出对应的低音。 4.弹奏时要求能够区分节拍,音调,音阶和休止符。1.2.2 课程设计要求大学本科生动手能力的培养和提高时大学本科的一个重要内容。本次课程的设计目的,是让我们通过课程设计建立起可编程定时/计数器8254,82
7、55,8259应用系统的概念,根据系统设计要求,掌握初步的单系统设计方法,让学生的动手能力和对单系统从硬件系统和软件系统设计两个方面都得到实际的提高。为今后的毕业设计打下良好的基础。课程设计的基本要求有: 1.在课程设计过程中,学会使用可编程定时/计数器8254,8255,8259及相应绘图软件,根据设计要求设计,编程,运行,调试最后提供课程设计报告; 2.课程设计应由学生本人独立完成,严禁抄袭; 3.认真编写课程设计报告。1.2.3 课程设计目的(1)通过本学期对微机原理的学习,掌握的知识还停留在理论的上。但是这是一门实践性较强的课程,让学生在学完该课程之后,进行一次课程设计,使学生将课堂所
8、学的知识和实践有机结合起来,初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法,提高分析和解决实际问题的能力。(2)通过设计实践,培养学生查阅专业资料,工具书或参考书,了解有关工业标准,掌握现代设计手段和软件工具,并能以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力。(3)通过设计,不但要培养和提高学生解决工程具体问题,动脑动手的技术工作能力,而且还要逐步建立科学正确的设计和科研思想,培养良好的设计习惯,牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。1.3详细分工成员姓名负责内容石万里(组长)负责整组的人员职能分配,软件设计,思路分析,时间安排。尹欣负责论文的撰写,设计思路分析,帮助调试,协助工作刘子页电路设计与
9、调试,论文的资料补充,协助工作季骁航负责电路设计与调试,软件调试,协助工作第二章 设计原理2.1系统设计内容本次课程设计的内容为简易电子琴的设计与实现,利用8255将键盘输出值返回CPU,CPU通过分析命令8254输出相应频率的方波波形,再经过扬声器发出声音。由于PC计算机的时钟晶振为1.1931816MHz,可以利用微机实验箱里面的发生单元发出声音。表2.1 各音阶标称频率值:音符1234567低音对应频率(Hz)131147165175196220247中音对应频率(Hz)262294330349392440494高音对应频率(Hz)5235876596977838799872.2系统设计
10、原理本实验是利用微机原理试验箱、8255芯片、8254芯片、键盘、扬声器等硬件设备,设计简易电子琴。首先利用了编程程序,编辑了8255芯片控制字,对其进行初始化,使其工作在方式0,即基本输入输出状态,将8255的A端口设置为输入,经CPU运算后,由B端口输出到8254芯片的A端口中,由此实现对其的初始化。将8254芯片设置为工作在方式3,即输出对称方波状态。A端口为输入,“OUT”指令可将输出对应一定频率的方波送到扬声器中,由此实现发声。本实验通过频率大小控制发出声音的高低,通过对延时程序的调用控制发出声音的长短。并通过所编程序实现对键盘的重复扫描,从而可以弹奏多个音符的试验目的。2.3说明书
11、按键17代表 Do Re Mi Fa So La Xi 7个音符,按下键0,再按下对应的17键,则发出对应高音。按下按键8,再按下对应的17键,则发出对应的低音。若直接按下17,则发出对应的中音。节拍长短以按键时间长短决定。休止符以松开键为标志。此为基本功能。2.4系统实物接线图图2.2 实物接线图2.5系统流程图第三章 系统总体设计3.1 芯片8255主要功能3.1.1 8255引脚图1234567891011121314151617181920PA3 PA2 PA1 PA0 GNDA0A1PC7PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB28255PA4 PA5 PA6 PA
12、7 RESETD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB34039383736353433323130292827262524232221 图1.1 8255引脚图3.1.2 8255的引脚功能PA0PA7:为A口的8条输入输出信号线。该口的这8条线是工作于输入、输出还是双向(输入、输出)方式可由软件编程来决定。PB0PB7:为B口的8条输入输出信号线。利用软件编程可指定这8条线是输入还是输出。PC0PC7:为C口的8条输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器, 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口, 每个4位的端口包含一个4位的
13、锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。ESET:复位输入线,当该输入端外于高电平时,所有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。:片选信号线,当这个输入引脚为低电平时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯。 :读信号线,当这个输入引脚为低电平时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU从8255读取信息或数据。:写入信号,当这个输入引脚为低电平时,允许CPU将数据或控制字写8255。3.1.3 8255的工作方式工作方式0:基本输入输出方式。在此方式下,可分别将A口的8条线、B口的8条线、C口的高4位
14、对应的4条线和C口的底4位对应的4条线定义为输入或输出。工作方式1:选通输入输出方式。在此方式下,A口和B口作为数据的输入、输出口,同时还利用C口的某些位作为控制和状态信号。即A口和B口可以任意由程序指定为输入还是输出口。工作方式2:将方式1的选通输入输出功能组合成一个双向数据端口,外设利用这个端口既能发送数据,又能接收数据。方式2的数据传送可用程序查询或中断实现,输入和输出的数据都被8255A锁存。3.1.3 8255的控制字图1.2 8255工作方式控制字格式D0:为0则表示PC3PC0输出,为1则表示PC3PC0输入。D1:为0则表示B口输出,为1则表示B口输入。D2:为0则表示B口为工
15、作在方式0,为1则表示B口为工作方式1。D3:为0则表示PC7PC4输出,为1则表示PC7PC4输入。D4:为0则表示A口输出,为1则表示A口输入。D6D5:为00则表示A口为工作在方式0,为01则表示A口为工作方式1,11或10则表示工作在方式2。D7:标志位。3.2 芯片8254主要功能3.2.1 8254引脚图123456789101112D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CLK0 OUT0 GATE0 GND VCCA0A1CLK2 OUT2 GATE2 CLK1 OUT1 GATE1242322212019181716151413图2.1 8254引脚图3.2.2 82
16、54引脚功能D7D0:三态,双向数据线。、:读、写控制信号。:片选信号。A1、A0:片选输入引脚。CLK2CLK0:时钟脉冲输入引脚。OUT2OUT0:计数器输出引脚。输出信号依据计数器所选的工作方式输出连续时钟脉冲信号。GATE2GATE0:门控信号输入引脚,用来允许或禁止计数器工作。3.2.3 8254的工作方式8254的三个计数器有6种工作方式:方式0:计数器结束中断方式。启动计数为软件,用于计数(定时)中断。方式1:可编程单脉冲发生器。启动计数为硬件,用做单脉冲发生器。方式2:频率发生器。启动计数器为软(硬)件,用作频率发生器或分频器。方式3:方波发生器。启动计数器为软(硬)件,用作方
17、波发生器或分频器。方式4:软件触发单脉冲发生器。启动计数器为软件,用作单脉冲发生器。方式5:硬件触发的单脉冲发生器。启动计数器为硬件,用作单脉冲发生器。这6种工作方式的主要区别为:(1)输出波形不同;(2)启动计数器的触发方式不同;(3)计数过程中门控信号GATE对计数器操作的影响不同;(4)有的工作方式在计数器值减到规定的数值后,计数初值将会自动装入计数器。3.2.4 8254的控制字图2.2 8254工作方式控制字格式D0:0表示二进制计数,1表示BCD码计数。D3D2D1:000表示工作方式为0,001表示工作方式为1,010或110表示工作方式为2,111或011表示工作方式为3,10
18、0表示工作方式为4,101表示工作方式为5。D5D4:00表示计数器锁存,01表示只读/写计数器的底字节,10表示只读/写计数器的高字节,11表示先读/写计数器的底字节,在/写计数器的高字节。D6D7:计数器选择。00为计数器0,01为计数器1,10为计数器2,11为读写命令。3.2.5 44小键盘在扩展的实验板上有四行四列的非编码键盘,按键的行,列信号通过插孔引出,行信号通过插孔P0-P3引出,列信号通过插孔Q0-Q3引出,44非编码键盘电路如图一所示。键盘扫描时需要逐列扫描,判断该列是否有键按下。先将对应列信号设置为0,然后读入行信号,如果有键按下,则改行读入为0,否则为1.表3行信号为低
19、位,列信号为高位,形成的键特征值表。 图一 按键0123456789ABCDEF键特征值EEHEDHEBHE7HDEHDDHDBHD7HBEHBDHBBHB7H7EH7DH7BH77H 表3 键特征值表3.3程序代码.486PC EQU 328HCONT EQU 32CHCODE SEGMENT USE16ASSUME CS:CODEORG 1000HMAIN:JMP STARTANJIAN DB ?JIAN DB 0EEH,0EDH,0EBH,0E7H,0DEH,0DDH,0DBH,0D7H,0BEH,0BDH,0BBH,0B7H,7EH,7DH,7BH,77HLOWD DW 240,214
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