我国矿业大学硬件课程设计汇本

...wd......wd......wd...硬件课程设计报告设计题目：硬件电子琴电路设计设计时间：2012-09摘要本次硬件课程设计课程，是配合本学期《微型计算机原理与接口技术》的教学，也是要让我们能够更深入的认识接口芯片技术以及汇编编程，做到理论和实践相结合。在课程中，我们选择的设计工程是“可存储式电子琴〞：一个简易的模拟电子琴。即在汇编语言环境下，编程让I/O口控制8253，利用键盘控制音阶，8253识别发声从而实现按下设定好的不同的键发出不同频率的声音。目录1、选题…………………22、需求分析……………23、设计任务与要求……24、总体方案与说明……24.1总体方案…………24.2电路原理图与说明………………34.3功能模块图…………………44.4实验原理………65、硬件框图与说明…………………65.1.8279芯片介绍…………………65.2．8253芯片介绍…………………96、软件功能……………107．软件主要模块流程图………………137.1高中低音转换程序流程图………138．源程序清单与注释…………………128.1高中低音转换程序……………139．问题分析与解决方案……………3110．结论与体会………2211．参考资料…………241、选题本实验的课题是《可存储式电子琴》，这是一个很好的课题，实现这一课题的过程中充满趣味性，并且这一课题具有一定难度，实现起来就有挑战性。2、需求分析本次硬件课程设计实验的任务和要求是通过居于8279和8253芯片上的电路设计和电路连接并通过对它们进展编程实现一个电子琴的根本功能的小器件。该器件具有根本的弹奏功能〔就是按下不同的键就会发出不同频率的声音〕，并且当还能够实现上下音转换，最终能够使音准最好，最好是能够播放一段完整的音乐。3、设计任务与要求利用8279、8253芯片和键盘、喇叭、I/O设备设计硬件电子琴，具备如下功能：当按下琴键时，扬声器发出该琴键相对应的音阶，同时可以通过按键转换高中低音节，可以播放预存音乐。4、总体方案与说明4.1总体方案本次设计是基于Husy16/32位微机接口技术试验系统而进展功能实现与拓展。设计中用到了8279，8253,I/O输入等几种芯片。设计框图如下：键盘输入键盘输入喇叭发声时钟控制图4.1.1设计框图方案利用8253进展周期性扫描8279是否有键按下，使用8279的按键实现电子琴音节按键、功能的切换。本次设计功能分为：低中高音阶的音频转换〔默认状态下是中音〕以及播放预曲目两项。4.2电路原理图与说明图4.2.1实物连线图图4.2.1实物连线图8253CSOUT0CLK0TATE08253CSOUT0CLK0TATE08279CSQ0I/O输出CS/csCS音响Q0I/O输出CS/csCS音响74LS13874LS138图4.2.2外部电路图图4.2.2外部电路图4.2.3说明〔1〕各芯片及器件地址：8279的控制端地址为：20AH，数据端地址为：208H8253的控制端地址为：213H，数据端地址为：210HI/O输出的地址为：200H〔2〕按键说明：1——dao音789A456B123C0FED2——ruai音3——mi音4——fa音5——sao音6——la音7——xi音A——高音转换键B——中音转换键C——低音转换键D——放音键图4.2.3键盘图图4.2.3键盘图4.3功能模块图AA低音B中音C高音延时上下音转换开场完毕图4.3.1功能模块图芯片初始化4.4实验原理使用8279芯片的键盘控制器，通过查看码值表，读出分别按下不同的键时，应的键值〔这里只给出当按下1---7和A、B、C、D键的存放器值，如表4.2.1〕。表4.4.1.按键1234567ABCD码值表键值02H0AH22H01H09H21H00H07H29H28H2BH当某一时刻按下一个键的时，可以通过和各键值比拟来判断按下为哪一个键。又因为每个音阶都有一个确定的频率〔如表4.2.2〕表4.4.2音阶1234567高音频率(HZ〕552587659700784880988中音频率(HZ)262294330349392440494低音频率(HZ)131147165175196220247可以通过各音阶的对应频率值为8253赋初值，然后输出到音响设备，以产生相应音阶的发音。在发音过程中，可分别为8253的GATE0端通过I/O设备输入0和1来控制开场发音和停顿发音。5、硬件框图与说明5.18279芯片介绍如图5.1.1所示为8279的引脚构造，8279有40个引脚。图5.1.18279引脚图\\图5.1.18279引脚图\\\\_.---(')o()_-8279是可编程的键盘、显示接口芯片。具有按键处理功能，又具有自动显示功能。8279内部有键盘FIFO〔先进先出堆栈〕/传感器，双重功能的8*8=64BRAM，键盘控制局部可控制8*8=64个按键或8*8阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。数据线DB0——DB7是双向三态数据总线，在接口电路中与系统数据总线相连，用以传送CPU和8279之间的数据和命令。地址线Cs=0选中8279，当A0=1时，为命令字及状态字地址；当A0=0时，为片内数据地址，故8279芯片占用2个端口地址。控制线CLK：8279的时钟输入线。IRQ：中断请求输入线，高电平有效。/RD,/WR:读、写输入控制线。SL0---SL3：扫描输出线，用来作为扫描键盘和显示的代码输出和直接输出线。RL0---RL7：回复输出线，是键盘或传感器的矩阵信号输入线。SHIFT：来自外部键盘或传感器矩阵的输入信号，是8279的键盘数据的次高位的状态，控制键盘上下档功能。在传感器方式和选通方式中，该引脚无用。CNTL/S：控制/选通输入线，高电平有效。键盘方式时，键盘数据最高位〔D7〕的信号输入到该引脚，以扩大键功能；选通方式时，当该信号到上升沿时，把RL0---RL7的数据存入FIFORAM中。OUTA0---OUTA3：通常作为显示信号的高4位输出线。OUTB----OUTB3：通常作为显示信号的低4位输出线。/BD：显示熄灭输出线，低电平有效。当/;BD=0时将全部熄灭。8279的工作方式：8279有三种工作方式：键盘方式、显示方式、传感器方式。键盘工作方式：8279在键盘工作方式时，可设置为双键互锁方式和N键循环方式。双肩互锁方式：假设有两个或者多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个人被释放的键，并把键值输入FIFORAM中。N键循环方式：一次按下任意个键均可被识别，按键值按扫描次序被送入FIFORAM中。显示方式：8279的显示方式又可分为左端入口和右端入口方式。显示数据只要写入显示RAM，则可由显示器显示出来，因此显示数据写入显示RAM的顺序，决定了显示的次序。左端入口方式即显示位置从显示器最左端1位〔最高位〕开场，优厚显示的字符逐个向右顺序排列；右端入口方式即显示位置从显示器最右端1位即最低位开场，以显示的字符逐个向左移位。但无论左右入口，后输入的总是显示在最右端。传感器方式：传感器方式是把传感器的开关状态送入传感器RAM中。当CPU对传感器阵列扫描时，一旦发现传感器状态发生变化就发出中断请求〔IRQ置1〕，中断响应后转入中断处理程序。8279的命令字及其格式：8279的各种工作方式都要通过对命令存放器的设置来实现。8279共有8种命令，通过这些命令设置工作存放器，来选择各种方式。命令存放器共8种，格式为：表5.1.2：D7D6D5D4D3D2D1D0如上图，8279的一条命令由两大局部组成，一局部表征命令类型，为命令特征位，有命令存放器高3位D7---D5决定。D7---D5三位的状态可组合出8种形式，对应8类命令。另一局部为命令的具体内容，由D4---D0决定。每种特征代表的命令如表图3所示：表5.1.38279命令特征表D7D6D5代表的命令类型000键盘/显示命令001时钟编程命令010读FIFO/传感器RAM命令011读显示器RAM命令100写显示命令101显示制止/熄灭命令110消除命令111完毕中断/出错方式完毕命令5.2．8253芯片介绍图5.2.18253芯片引脚图图5.2.18253芯片引脚图8253是可编程计数器/定时器，内部有三个计数器，分别为计数器0、计数器1和计数器2，一个时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数器内部有一个8位的控制存放器。8253的通道：8253有3个通道，分别为通道0、通道1和通道2。8253的工作方式：8253中各通道有6种工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。分别为方式0〔技术完毕则中断〕、方式1〔单脉冲发生器〕、方式2〔速率波发生器〕、方式3〔方波发生器〕、方式4〔软件触发方式计数〕、方式5〔硬件触发方式计数〕8253的控制字：图5.2.28253控制字D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD00选择通道000计数器锁存，供CPU读000方式01BCD码计数01选择通道001只读/写计数器低字节001方式10二进制计数10选择通道010只读/写计数器高字节X10方式211无效11先读/写计数器低字节，X11方式3后读/写高字节100方式4101方式56、软件功能〔1〕存储预置音乐〔2〕播放预置音乐〔3〕键盘控制发声〔4〕高、中、低音转换7．软件主要模块流程图7.1高中低音转换程序流程图8259初始化开场8259初始化开场8253初始化8253初始化置空存放器置空存放器有键按下N有键按下是A?转入高音区Y是A?转入高音区Y是B?转入中音区Y是B?转入中音区NN是C?转入低音区Y是C?转入低音区Y是1NY是1NN是2NY是2是3NY是3Y是4NY是4YY是5是5是6NY是6是7N是7给8253赋对应初值NY给8253赋对应初值音响发音音响发音图7.1.1上下音转换程序流程图延时图7.1.1上下音转换程序流程图延时8、源程序清单与注释8.1高中低音转换程序Z8279EQU20AHD8279EQU208HLEDMODEQU00H;左边输入,八位显示外部译码八位显示LEDFEQEQU38H;扫描频率ASSUMECS:CODE,DS:CODECODESEGMENTSTART:MOVDX,Z8279 ;8279初始化MOVAL,00HOUTDX,ALMOVAL,38HOUTDX,ALMOVDX,213H ;8253初始化MOVAL,00110111BOUTDX,AL PUSHCSPOPDSPD:MOVDX,200HMOVAL,00HOUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,Z8279 MOVAL,0C2H OUTDX,AL ;置空FIFO存放器WAIIT:NOP INAL,DX MOVBL,AL ANDAL,80H CMPAL,80H JEWAIIT ;FIFO正在去除期间则跳转等待 MOVAL,BL ANDAL,0FH CMPAL,00H JEWAIIT ;无键按下则等待 NOP ;查表,将键码放入AL中 LEABX,LED XLAT MOVDX,D8279 ;将AL中内容写到数码管上 OUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,D8279;判断是哪个键INAL,DX;判断是在哪一个音区CMPAL,28HJED ;中音区跳低音CMPAL,2AHJEGH;中音区跳高音M:CMPAL,02HJEB1CMPAL,0AHJEB2CMPAL,22HJEB3CMPAL,01HJEB4CMPAL,09HJEB5CMPAL,21HJEB6CMPAL,00H;中音区JEB7B1:JMPS1B2:JMPS2B3:JMPS3B4:JMPS4B5:JMPS5B6:JMPS6B7:JMPS7GH:JMPGD:MOVDX,200HMOVAL,00HOUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,Z8279 MOVAL,0C2H OUTDX,AL;置空FIFO存放器H:NOP INAL,DX MOVBL,AL ANDAL,80H CMPAL,80H JEH ;FIFO正在去除期间则跳转等待 MOVAL,BL ANDAL,0FHCMPAL,00H JEH ;无键按下则等待 NOP ;查表,将键码放入AL中 LEABX,LED XLAT MOVDX,D8279 ;将AL中内容写到数码管上 OUTDX,AL MOVDX,200HMOVAL,01HOUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,D8279;判断是哪个键INAL,DX ;判断是在哪一个音区CMPAL,29HJEMM;跳转到中音区CMPAL,2AHJEGE ;跳转到高音区CMPAL,02HJEA1CMPAL,0AHJEA2CMPAL,22HJEA3CMPAL,01HJEA4CMPAL,09HJEA5CMPAL,21HJEA6CMPAL,00HJEA7;低音区A1:JMPD1A2:JMPD2A3:JMPD3A4:JMPD4A5:JMPD5A6:JMPD6A7:JMPD7MM:JMPPD;跳转到中音区GE:JMPG;跳转到高音区S1:MOVDX,210HMOVAL,17HOUTDX,ALMOVAL,38HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDS2:MOVDX,210HMOVAL,01HOUTDX,ALMOVAL,34HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDS3:MOVDX,210HMOVAL,30HOUTDX,ALMOVAL,30HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDS4:MOVDX,210HMOVAL,65HOUTDX,ALMOVAL,28HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDS5:MOVDX,210HMOVAL,51HOUTDX,ALMOVAL,25HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDS6:MOVDX,210HMOVAL,73HOUTDX,ALMOVAL,22HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDS7:MOVDX,210HMOVAL,24HOUTDX,ALMOVAL,20HOUTDX,ALCALLDELAYJMPPDD1:MOVDX,210HMOVAL,34HOUTDX,ALMOVAL,76HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDD2:MOVDX,210HMOVAL,02HOUTDX,ALMOVAL,68HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDD3:MOVDX,210HMOVAL,60HOUTDX,ALMOVAL,60HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDD4:MOVDX,210HMOVAL,30HOUTDX,ALMOVAL,57HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDD5:MOVDX,210HMOVAL,02HOUTDX,ALMOVAL,51HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDD6:MOVDX,210HMOVAL,46HOUTDX,ALMOVAL,45HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDD7:MOVDX,210HMOVAL,48HOUTDX,ALMOVAL,40HOUTDX,ALCALLDELAYJMPDG:MOVDX,200HMOVAL,00HOUTDX,ALMOVDX,Z8279 MOVAL,0C2H OUTDX,AL;置空FIFO存放器Q:NOP INAL,DX MOVBL,AL ANDAL,80H CMPAL,80H JEQ ;FIFO正在去除期间则跳转等待 MOVAL,BL ANDAL,0FH CMPAL,00H JEQ ;无键按下则等待 NOP ;查表,将键码放入AL中 LEABX,LED XLAT MOVDX,D8279;将AL中内容写到数码管上 OUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,D8279;判断是哪个键INAL,DXCMPAL,28HJEDE;跳转到低音区CMPAL,29HJEMECMPAL,02HJEC1CMPAL,0AHJEC2CMPAL,22HJEC3CMPAL,01HJEC4CMPAL,09HJEC5CMPAL,21HJEC6CMPAL,00HJEC7C1:JMPG1C2:JMPG2C3:JMPG3C4:JMPG4C5:JMPG5C6:JMPG6C7:JMPG7;高音区DE:JMPDME:JMPPD;跳转到中音区LED:DB07H,66H,06H,3FH,00H,00H,00H,00H,7FH,6DH,5BH,71H,00H,00H,00H,00HDB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00HDB6FH,7DH,4FH,79H,00H,00H,00H,00H,77H,7CH,39H,5EH,00H,00H,00H,00HDB00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00HG1:MOVDX,210HMOVAL,09HOUTDX,ALMOVAL,19HOUTDX,ALCALLDELAYJMPGG2:MOVDX,210HMOVAL,01HOUTDX,ALMOVAL,17HOUTDX,ALCALLDELAYJMPGG3:MOVDX,210HMOVAL,15HOUTDX,ALMOVAL,15HOUTDX,ALCALLDELAYJMPGG4:MOVDX,210HMOVAL,33HOUTDX,ALMOVAL,14HOUTDX,ALCALLDELAYJMPGG5:MOVDX,210HMOVAL,76HOUTDX,ALMOVAL,12HOUTDX,ALCALLDELAYJMPGG6:MOVDX,210HMOVAL,37HOUTDX,ALMOVAL,11HOUTDX,ALCALLDELAYJMPGG7:MOVDX,210HMOVAL,12HOUTDX,ALMOVAL,10HOUTDX,ALCALLDEL