微机原理及接口技术基于PROTEUS实现音乐播放器的设计.doc

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信息科学与技术学院
微机原理与接口技术课程设计报告

题目名称：基于PROTEUS实现音乐播放器的设计
学生：王浩宇关问鼎徐然冉启幸
学号: 2013508305 2013508251 2013508224 2013508278
专业班级： 13 电信
指导教师：恩博
2015年 7月 9 日

目录
一．课程设计题目1
二．课程设计任务及要求1
三．总体方案与设计说明1
3.1 每个音符的对应频率1
3.2 设计说明1
四．硬件电路设计及描述1
4.1 芯片介绍1
五．软件设计流程〔模块流程图〕及描述1
六．源程序代码〔要有注释〕1
七．课程设计体会1
参考文献1

一．课程设计题目
基于PROTEUS实现音乐播放器的设计
二．课程设计任务及要求
设计要求：1.实现播放音乐；
2.实现多首音乐连续播放和选择播放；
3.要求通过PROTUES完成此项功能，并完成PCB电路图。
三．总体方案与设计说明
3.1 每个音符的对应频率
表1 每个音符的对应频率
音符
频率/HZ
半周期/us
音符
频率/HZ
半周期/us
低1DO
262
1908
#4FA#
740
0676
#1DO#
277
1805
中5SO
784
0638
低2RE
294
1700
#5SO#
831
0602
#2RE#
311
1608
中6LA
880
0568
低3M
330
1516
#6LA#
932
0536
低4FA
349
1433
中7SI
988
0506
#4FA#
370
1350
高1DO
1046
0478
低5SO
392
1276
#DO#
1109
0451
#5SO#
415
1205
高2RE
1175
0426
低6LA
440
1136
#2RE#
1245
0402
#6LA#
466
1072
高3M
1318
0372
低7SI
494
1012
高4FA
1397
0358
中1DO
523
0956
#4FA#
1480
0338
#1DO#
554
0903
高5SO
1568
0319
中2RE
578
0842
#5S0#
1661
0292
#2RE#
622
0804
高6LA
1760
0284
中3M
659
0759
#6LA#
1865
0268
中4FA
698
0716
高7SI
1976
0253

3.2 设计说明
该音乐播放器通过用8086中央处理器、74LS373地址锁存电路、74LS138译码电路、定时/计数器8253A来实现功能。
8086中央处理器输出地址码A16-A19和数据AD0-AD15，将AD0-AD7输入地址锁存器输出A0-A7，再将A0-A7通过译码器进展译码输出作为8253的片选信号，8253产生不同频率的脉冲来模拟音符，通过时间的长短来模拟音长，从而设计出一个功能完整的音乐播放器。
四．硬件电路设计及描述
4.1 芯片介绍
(1)8086中央处理器
8086中央处理器是Intel系列的16位微处理器，有16根数据线和20跟地址线。它主要由执行部件EU〔Execution Unit〕和总线接口部件BIU〔Bus interface Unit〕两局部组成。8086拥有四个16位的通用存放器，也能够当作八个8位存放器来存取，以及四个16位索引存放器(包含了堆栈指标)。资料存放器通常由指令隐含地使用，针对暂存值需要复杂的存放器配置。它提供64K 8 位元的输出输入(或32K 16 位元)，以及固定的向量中断。大局部的指令只能够存取一个存位址，所以其中一个操作数必须是一个存放器。运算结果会储存在操作数中的一个。
为了能够简单有效地进展对8086操作，故采用最小模式进展工作。要使8086处于最小模式，首先要将MN/MX端置为高电平。
(2)74LS373地址锁存电路
74LS373为D锁存器，AD0-AD7为输入数据，输出Ao0-Ao7。74LS373 的输出端 O0~O7 可直接与总线相连。
　　当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0-O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0-O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。
引出端符号：
D0～D7 数据输入端
OE 三态允许控制端〔低电平有效〕
LE 锁存允许端
O0-O7 输出端
表2 74LS373真值表
Dn
LE
OE
On
H
H
L
H
L
H
L
L
X
L
L
Q0
X
X
H
高阻态
(3) 74LS138译码电路
A0-A7通过译码电路输出作为8253的片选信号。
其工作原理如下：
a.当一个选通端E1为高电平，另两个选通端E2和E3为低电平时，可将地址端〔A0、A1、A2〕的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比方：A0A1A2=110时，那么Y6输出端输出低电平信号。
b.可用在8086的译码电路中，扩展存。
在该电路中，除了A2A1其他几位是11110**0的时候才能给CS送一个有效电平，而当A1A2=00,01,10,11之时即为F0H,F2H,F4H,F6H分别对应的是通道0，1，2，3的运行。
(4) 定时/计数器8253A
主要功能：
a.每片上有3 个独立的16 位的减计数器通道。
b.对于每个计数器，都可以单独作为定时器或计数器使用，并且都可以按照二进制或十进制来计数。
c.每个通道都有6 种工作方式，都可以通过程序设置或改变。
8253的部构造如下图，它主要包括以下几个主要局部：

图3.2.5 8253的部构造
a.数据总线缓冲器
实现8253与CPU数据总线连接的8位双向三态缓冲器，用以传送CPU向8253的控制信息、数据信息以及CPU从8253读取的状态信息，包括某时刻的实时计数值。
b.．读/写控制逻辑
控制8253的片选及对部相关存放器的读/写操作，它接收CPU发来的地址信号以实现片选、部通道选择以及对读/写操作进展控制。
c．控制字存放器
在8253的初始化编程时，由CPU写入控制字，以决定通道的工作方式，此存放器只能写入，不能读出。
d．计数通道0#、1#、2#：
这是三个独立的，构造一样的计数器/定时器通道，每一个通道包含一个16位的计数存放器，用以存放计数初始值，一个16位的减法计数器和一个16位的锁存器，锁存器在计数器工作的过程中，跟随计数值的变化，在接收到CPU发来的读计数值命令时，用以锁存计数值，供CPU读取，读取完毕之后，输出锁存器又跟随减1计数器变化。
音乐播放器工作于方式3：方波发生器
当装入初值后，在GATE上升沿启动计数，OUT 输出高电平；当计数完成一半时，OUT输出低电平。
计数过程:
当把方式3的控制字写入控制字存放器后，输出端OUT变成高电平，作为初始电平。再将计数初值写入计数初值存放器CR中，再经过一个时钟周期，计数初值被移入计数执行单元CE中，从下一个时钟脉冲开场作减1 计数，方式3的计数过程分为两种情况：
第一种情况：计数初值为偶数，当作减1计数减到N/2时，输出端OUT端变成低电平，减到0时,输出端OUT变成高电平，并重新从初值开场新的计数过程。假设GATE为高电平，那么一直重复同样的计数过程。可见，输出端OUT输出连续的方波，故称方波发生器。
第二种情况：计数初值为奇数，当作减1计数减到〔N+1〕/2以后，输出端OUT变成低电平，减到0时，输出端OUT又变成高电平。并重新从初值开场新的计数过程。这时输出端的波形为连续的近似方波。
门控信号的影响
工作在方式3时，门控信号GATE的功能与工作方式2一样，即GATE 为高电平时，允许计数；GATE为低电平时停顿计数。GATE引脚上的信号从低电平跳到高电平时，将会重新把计数初值存放器CR中的容移入计数执行单元CE中，并以新装入的值重新开场计数。
五．软件设计流程〔模块流程图〕及描述
通过给8253定时器装入不同的计数值，可以使其输出不同频率的波形。便可驱动扬声器发出不同频率的音调，要使该音调的声音持续一段时间，只要插入一段延时程序。
SI指向曲中的频率，BP指向曲中的时间节拍。从SI的指向的音节表中取一个频率，只要不是0，即有效就再读取时间，然后转到start子程序，计算计数初值送入计数器，产生各种频率信号，再送至扬声器。

程序流程图
开场

写音乐文件程序

曲各音符频率设置
曲各音符时间设置

读取频率freq

Y

频率=0

N
转到strat程序

读取时间节拍time

计算机计数次数送计算器，产生频率信号，再送至扬声器发出声音

完毕
延时time

硬件电路图

图1 电路仿真图

六．源程序代码〔要有注释〕
code segment
assume cs:code
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;音乐文件;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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),0 ;歌曲频率
time dw 8 dup (10000)
dw 2 dup (10000,10000,20000)
dw 12 dup (9000)
dw 6 dup(18000) ;歌曲时间节拍值
dw 10000
reg dw 3
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;计数器3遍;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
start1:
mov ch,2

jmp start
start:
dec reg ;减一计数
cmp reg,0
je endd ;循环三次完毕
lea si,freq
lea bp,time
lea sp,reg
mov di,cs:[si];频率
mov bx,[bp]
jmp music
music:
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;送控制字;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
mov dx,0F6h ;控制端口
mov al,10010110B ;控制字
out dx,al

;;;;;;;;;;;;;;;频率计算并送8253;;;;;;;;;;;;;;
mov dx,00h ;设置被除数
mov ax,5000
div di
mov dx,0F4h
out dx,al
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
mov ax,1 ;频率
out dx,ax
mov bx,20000 ; 时间
wait1: mov cx,6 ;设循环次数6
delay1: loop delay1
dec bx ;循环持续bx次，即传进来的节拍时间
jnz wait1
;;;;;;;;;;;;;;;;;;定位到下一个音符;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
dec bx
jnz wait1
add si,2
add bp,2
mov di,cs:[si]
cmp di,0
je start
mov bx,[bp]
jmp music
;;;;;;;;;;;;;;;;;;程序完毕;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

endd:
mov dx,0F6h
mov al,10010110B
out dx,al
code ends
end start
七．课程设计体会
经过一个星期的课程设计，完成任务的效果和预想中有很大的出入，虽然中间遇到了一些问题，但经过我们的努力，还是把问题给解决了。
这次课程设计对我综合运用所学知识的能力的提高有不小的帮助，之前做的实验都是很简单的编程，跟硬件结合也没有这么复杂，实现的功能都比拟简单，可是这次要实现的功能相对来说比拟复杂，要求掌握的知识比拟全面。
我们第一次做硬件设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够结实，比方说8255A芯片的使用，PROTUES软件的应用技巧，对汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，我们把以前所学过的知识又重新温故了一遍，起到了课程设计的预期效果。参考文献
[1] 史嘉权•微型计算机及应用•第四版•清华大学，2008
[2] 美明•IBM-PC汇编语言程序设计•第二版•清华大学，2001
[3] 付家才•微型计算机及其接口技术指导与题典[M]•化学工业，2004
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