综合设计实验报告
设计课题：基于8086的简易电子琴设计
摘 要
在学习《微机原理与接口设计》的基础上，针对课程设计要求，综合运用相关软件、硬件知识，设计一个简易电子琴，使之具有音区切换、数码管显示音区及当前音符、记录音符与音符持续时间、播放录制的音乐等功能。
关键词：8086；电子琴；仿真调试；汇编
目 录
第1章 总体方案设计 1
1.1 系统整体架构图 1
1.2 功能介绍 1
第2章 硬件设计 2
2.1 硬件资源 2
2.2 硬件接线图 3
2.2.1 8254接线图 3
2.2.2 8255及键盘、数码管接线图 3
第3章 软件设计 4
3.1 程序框图 4
3.1.1 整体框图 4
3.1.2 延时函数 5
3.1.3 键盘扫描 5
3.1.4 数码管显示 6
3.1.5 声音及时间录制 6
3.1.6 选择音区（高、中、低） 7
3.1.7 播放音乐 7
第4章 实验结果及演示 8
第5章 遇到的问题及改进措施 10
5.1 条件转移指令报错 10
5.2 无法使用8254作为录音时间计数器 10
附 录 11
程序源码 11
第1章 总体方案设计
1.1 系统整体架构图
系统整体架构图如图1-1所示。
图1-1
1.2 功能介绍
本实验设计实现了音区切换、数码管显示当前音区及音符、记录音符与音符持续时间、播放录制的音乐等功能。功能具体说明如下。
按键0-6为音符键，按下后会有对应的音符音调响起,按键弹起后音符终止，此时，按下的音符以及时间将被记录。按键12，13，14可以选择低音，中音，高音区。按下按键15后开始播放录制的音符（不超过16个）。另外数码管0显示音符，数码管2显示音区。
第2章 硬件设计
2.1 硬件资源
TD-PITE 实验教学系统，其主要系统构成如表2-1 所示。
| CPU | Intel 386EX | |
| 存储器 | 系统程序存储器：Flash ROM （128KB） | |
| 数据存储器：SRAM （128KB） | ||
| 信号源 | 单次脉冲：消抖动脉冲 2 组 | |
| 逻辑电平开关与显示 | 16 组电平开关，16 组电平显示 LED 灯（正逻辑） | |
| 8259、8237、8254、8255、8251、DAC0832、ADC0809、SRAM 、键盘扫描及数 | ||
| 接口实验单元 | 码管显示、电子发声、点阵 LED、液晶 LCD（可选）、步进电机（可选）、直流电 | |
| 机、温度控制 | ||
| 实验扩展单元 | 2 组 40 线通用集成电路扩展单元、扩展模块总线单元 | |
| 系统电源 | ＋5V/2A，±12V/0.2A | |
表 2-1 TD-PITE 系统构成
系统硬件结构如图 2-1 所示。
图2-1
2.2 硬件接线图
2.2.1 8254接线图
8254芯片接线如图2-2所示。
图2-2
2.2.2 8255及键盘、数码管接线图
8255及键盘、数码管接线方法如图2-3所示。
图2-3
第3章 软件设计
3.1 程序框图
3.1.1 整体框图
图3-1
3.1.2 延时函数
图3-2
3.1.3 键盘扫描
图3-3
3.1.4 数码管显示
图3-4
3.1.5 声音及时间录制
图3-5
3.1.6 选择音区（高、中、低）
图3-6
3.1.7 播放音乐
图3-7
第4章 实验结果及演示
具体演示效果可参看以下视频截图。
系统初始运行状体如图4-2所示。
图4-2
选择中音区，如图4-3所示。
图4-3
按下音符健，如图4-4所示。
图4-4
音乐播放，如图4-5所示。
图4-5
第5章 遇到的问题及改进措施
5.1 条件转移指令报错
在编写程序时曾多次遇到使用条件转移指令时编译出错的情况。查阅书本后发现条件转移指令只能在代码段的-128~+127字节内进行跳转。
解决办法：使用条件转移指令转移到一个较近程序段，并在这程序段使用无条件转移指令JMP进行转移。
5.2 无法使用8254作为录音时间计数器
在进行设计的过程中，曾多次按照使用8254作为时间计数器的方案进行编程，但经过多次尝试后均以失败告终。
解决办法：使用软件延时进行计时，每次延时执行完毕后进行计数，该计数值就是音符的相对持续时间。在播放时只需要调用同样时间长度的延时函数即可。
缺点：使用软件延时与计数，占用了CPU计算资源，导致数码管扫描频率降低，亮度变暗。同时对于录音时间的记录不精确，存在一定的误差。
附 录
程序源码
;=======================================================
; 文件名: Hypo.asm
; 功能描述: 按键0-6为音符键，按下后会有对应的音调响起,
; 按键弹起后音符终止。
; 按键12，13，14可以选择低音，中音，高音区。
; 按下按键15后开始播放之前按下的音符（不超过16个）
; 数码管0显示音符，数码管2显示音区
;=======================================================
IOY3 EQU 06C0H
MY8254_COUNT0 EQU IOY3+00H ;8254计数器0端口地址
MY8254_COUNT1 EQU IOY3+02H ;8254计数器1端口地址
MY8254_COUNT2 EQU IOY3+04H ;8254计数器2端口地址
MY8254_MODE EQU IOY3+06H ;8254控制寄存器端口地址
MY8255_A EQU 0600H ;8255A端口地址
MY8255_B EQU 0602H ;8255B端口地址
MY8255_C EQU 0604H ;8255C端口地址
MY8255_CON EQU 0606H ;8255控制端口地址
SSTACK SEGMENT STACK ;定义堆栈段
DW 256 DUP(?)
SSTACK ENDS
DATA SEGMENT
DTABLE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H;数码管的段选数据
DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
FREQ_LIST1 DW 248,278,312,330,371,416,467 ;低音频率表
FREQ_LIST2 DW 495,556,624,661,742,833,935 ;中音频率表
FREQ_LIST3 DW 990,1112,1248,1322,1484,1665,1869 ;高音频率表
REC_DATA DW 000,000,000,000,000,000,000,000 ;录音储存段
DW 000,000,000,000,000,000,000,000
SB DB 00H,00H ;过渡段
REC_TIME DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H ;时间储存段
DB 00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H,00H
SAVE_SI DW ? ;录音储存地址储存
SI_FREQ DW ? ;频率表地址储存
SAVE_SI_TIME DW ? ;时间储存表地址储存
SAVE_TIME DB 01H ;时间技术储存
CHOOSE_FLAG DW 01H;频率表选择标志位
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE,DS:DATA ;初始化数据段、代码段
START: MOV AX,DATA
MOV DS,AX
MOV DX,MY8254_MODE ;初始化8254工作方式
MOV AL,36H ;定时器0、方式3
OUT DX,AL
MOV SI,OFFSET REC_DATA ;装入录音表初始地址
MOV SAVE_SI,SI
MOV CL,0EH
CLEAN_REC: ;录音表清零
MOV AX,0000H
MOV [SI],AX
ADD SI,2
LOOP CLEAN_REC
MOV SI,OFFSET REC_TIME ;装入时间表起始地址
MOV SAVE_SI_TIME,SI
MOV SI,OFFSET FREQ_LIST1 ;装入频率表默认起始地址
MOV SI_FREQ,SI
MOV SI,3000H
MOV AL,00H
MOV [SI],AL ;清显示缓冲
MOV [SI+1],AL
MOV [SI+2],AL
MOV [SI+3],AL
MOV [SI+4],AL
MOV [SI+5],AL
MOV DI,3005H
MOV DX,MY8255_CON ;写8255控制字
MOV AL,81H
OUT DX,AL
BEGIN: CALL DIS ;调用显示子程序
CALL DIS_FREQ ;调用音区显示子程序
CALL CLEAR ;清屏
CALL CCSCAN ;键盘扫描
JNZ INK1
JMP BEGIN
INK1: CALL DIS
CALL DALLY
CALL DALLY
CALL CLEAR
CALL CCSCAN
JNZ INK2 ;有键按下，转到INK2
JMP BEGIN
;===============蜂鸣器关闭子程序==================
SILENT:
MOV DX,MY8254_MODE ;初始化8254工作方式
MOV AL,36H ;定时器0、方式3
OUT DX,AL
RET
;===============远程跳转过渡=================
PLAY2_JUMP: JMP PLAY2
CHOOSE_JUMP1: JMP CHOOSE1
CHOOSE_JUMP2: JMP CHOOSE2
CHOOSE_JUMP3: JMP CHOOSE3
;========================================
;确定按下键的位置
;========================================
INK2: MOV CH,0FEH
MOV CL,00H
COLUM: MOV AL,CH
MOV DX,MY8255_A
OUT DX,AL
MOV DX,MY8255_C
IN AL,DX
L1: TEST AL,01H ;is L1?
JNZ L2 ;如果不是的话跳转到L2
MOV AL,00H ;L1
JMP KCODE
L2: TEST AL,02H ;is L2?
JNZ L3
MOV AL,04H ;L2
JMP KCODE
L3: TEST AL,04H ;is L3?
JNZ L4
MOV AL,08H ;L3
JMP KCODE
L4: TEST AL,08H ;is L4?
JNZ NEXT
MOV AL,0CH ;L4
;=================================
;确认按键的值
;=================================
KCODE: ADD AL,CL
CALL PUTBUF
PUSH AX
;=========================
;键值存在AX中
;========================
CMP AX,12 ;选择音区1
JZ CHOOSE_JUMP1
CMP AX,13 ;选择音区2
JZ CHOOSE_JUMP2
CMP AX,14 ;选择音区3
JZ CHOOSE_JUMP3
CMP AX,15 ;播放录制的音乐
JZ PLAY2_JUMP ;jump to play2
POP AX
PUSH AX
CALL PLAY ; 播放音符
POP AX
PUSH AX
;=====================
;松手检测
;=====================
KON: CALL DIS
CALL DIS_FREQ
CALL CLEAR
CALL CNT_TIME ;按键没有弹起，执行时间计数
POP AX
PUSH AX
CALL CCSCAN
JNZ KON ;判断是否弹起，如果没有弹起，继续检测。
;按键弹起后：
CALL SILENT ;蜂鸣器静音
MOV SI,SAVE_SI_TIME
MOV AL,SAVE_TIME
MOV [SI],AX ;按下的时间进入时间表
INC SAVE_SI_TIME;时间表地址+1
MOV SAVE_TIME,00H;时间计数清零
INC SAVE_SI ;录音表地址+1
INC SAVE_SI
POP AX
NEXT: INC CL
MOV AL,CH
TEST AL,08H
JZ KERR
ROL AL,1
MOV CH,AL
JMP COLUM
KERR: JMP BEGIN
CNT_TIME: ;时间计数
CALL DALLY3
INC SAVE_TIME
RET
;========================================
;键盘扫描子程序，有按键按下，返回1
;========================================
CCSCAN: MOV AL,00H
MOV DX,MY8255_A
OUT DX,AL
MOV DX,MY8255_C
IN AL,DX
NOT AL
AND AL,0FH
RET
;========================================
;清屏子程序
;========================================
CLEAR: MOV DX,MY8255_B
MOV AL,00H
OUT DX,AL
RET
;========================================
;显示子程序
;========================================
DIS: PUSH AX
MOV SI,3000H;数码管地址
MOV DL,0FEH ;数码管位选
MOV AL,DL
AGAIN: PUSH DX
MOV DX,MY8255_A
OUT DX,AL ;数码管位选输出
MOV AL,[SI]
MOV BX,OFFSET DTABLE
AND AX,00FFH
ADD BX,AX ;得到数码管段选数据
MOV AL,[BX]
MOV DX,MY8255_B
OUT DX,AL ;数码管段选输出
CALL DALLY
POP DX
MOV AL,DL
MOV DL,AL
JMP OUT1
OUT1: POP AX
RET
;====== 延时子程序 ======
DALLY: PUSH CX
MOV CX,0006H
T1: MOV AX,009FH
T2: DEC AX
JNZ T2
LOOP T1
POP CX
RET
;========================================
;存键盘值到相应位的缓冲中
;========================================
PUTBUF:
MOV [SI],AL
CMP DI,3005H
JNZ GOBACK
GOBACK: RET
CHOOSE1:
MOV SI,OFFSET FREQ_LIST1 ;装入频率表1起始地址
MOV SI_FREQ,SI
MOV CHOOSE_FLAG,01H
JMP BEGIN
CHOOSE2:
MOV SI,OFFSET FREQ_LIST2 ;装入频率表2起始地址
MOV SI_FREQ,SI
MOV CHOOSE_FLAG,02H
JMP BEGIN
CHOOSE3:
MOV SI,OFFSET FREQ_LIST3 ;装入频率表3起始地址
MOV SI_FREQ,SI
MOV CHOOSE_FLAG,03H
JMP BEGIN
;==========================
;音区数码管显示
;==========================
DIS_FREQ:
PUSH AX
MOV SI,3003H
MOV DL,0FBH
MOV AL,DL
AGAIN1: PUSH DX
MOV DX,MY8255_A
OUT DX,AL
MOV AL,[SI]
MOV BX,OFFSET DTABLE
AND AX,00FFH
ADD BX,CHOOSE_FLAG
MOV AL,[BX]
MOV DX,MY8255_B
OUT DX,AL
CALL DALLY
POP DX
MOV AL,DL
MOV DL,AL
JMP OUT2
OUT2: POP AX
RET
PLAY:
MOV SI,SI_FREQ ;装入频率表起始地址
ADD SI,AX
ADD SI,AX
MOV DX,0FH ;输入时钟为1MHz，1M = 0F4240H
MOV AX,4240H
DIV WORD PTR [SI] ;取出频率值计算计数初值，0F4240H / 输出频率
MOV SI,SAVE_SI ;将计数初值存入录音音符段
MOV [SI],AX
MOV DX,MY8254_COUNT0 ;蜂鸣器播放音符
OUT DX,AL
MOV AL,AH
OUT DX,AL
RET
PLAY2:
MOV SI,OFFSET REC_DATA ;装入录音表计数初值起始地址
MOV DI,OFFSET REC_TIME ;装入录音时间表起始地址
PLAY2_1:
MOV AX,[SI]
MOV DX,MY8254_COUNT0
OUT DX,AL ;装入计数初值并播放
MOV AL,AH
OUT DX,AL
MOV DL,[DI] ;取出演奏相对时间，调用延时子程序
CALL DALLY2
ADD SI,2
INC DI
CALL SILENT ;停止播放0.1秒
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CALL DALLY3
CMP WORD PTR [SI],0 ;判断是否到曲末？
JE XXX ;如果来到曲末跳转到开始
JMP PLAY2_1 ;否则继续播放下一个音符
XXX: JMP START ;远程跳转过渡
DALLY2 PROC ;延时子程序2
D0: MOV CX,0015H
D1: MOV AX,00F0H
D2: DEC AX
JNZ D2
LOOP D1
DEC DL
JNZ D0
RET
DALLY2 ENDP
DALLY3 PROC ;延时子程序3
D00: MOV CX,0010H
D11: MOV AX,00F0H
D22: DEC AX
JNZ D22
LOOP D11
RET
DALLY3 ENDP
CODE ENDS
END START
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