8253定時器計(jì)數(shù)器接口與數(shù)字電子琴

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過程序改變定時器的數(shù)值來改變聲音頻率2通過編程來獲得聲調(diào)和節(jié)奏，使計(jì)算機(jī)演奏出樂曲來。硬件設(shè)計(jì)利用實(shí)驗(yàn)板上的8253計(jì)數(shù)/定時器和8255并行接口，定時器8253利用工作方式3產(chǎn)生一定頻率信號，通過可編程的并行外圍接口芯片8255控制頻率信號的通斷。8255的A口設(shè)置為輸出，8255的A口的低兩位用來控制揚(yáng)聲器驅(qū)動，當(dāng)輸出端口的PA0位為“1”或?yàn)椤?”時，將使控制驅(qū)動器的與門電路接通或關(guān)閉，使8253所發(fā)出的音頻信號能到達(dá)驅(qū)動器或被阻斷。這樣通過控制PA0的變化，可使揚(yáng)聲器接通和斷開，控制揚(yáng)聲器是否能發(fā)出聲音。此外，通過控制PA0的通斷時間，就能發(fā)出不同的音長。8255的PA1位

2、為“1”時，控制8253定時器產(chǎn)生驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲的音頻信號，該位為“0”則不發(fā)信號。8253有三個定時器，分為0號、1號和2號定時器，驅(qū)動揚(yáng)聲器的是0號定時器，該定時器工作在方式3，是一個頻率發(fā)生器，它負(fù)責(zé)向揚(yáng)聲器發(fā)送指定頻率的脈沖信號。當(dāng)8255的PA0和PA1都為1時，8253發(fā)出指定頻率的聲音信號的前提下，聲音信號通過與門到達(dá)驅(qū)動器驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲。硬件原理圖如圖1所示：8253計(jì)數(shù)器與門揚(yáng)聲器驅(qū)動揚(yáng)聲器8255 PA08255 PA1門控控制喇叭Q0圖1 硬件原理圖揚(yáng)聲器驅(qū)動電路如圖2所示。圖2 揚(yáng)聲器驅(qū)動電路軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)2個功能，電子琴和音樂盒的功能。兩者發(fā)聲的方法一樣，只是一

3、個數(shù)據(jù)是從鍵盤讀取的，另一個是已經(jīng)保存好的數(shù)據(jù)。首先我們可以用一個子程序?qū)崿F(xiàn)單個音調(diào)的產(chǎn)生，對8253輸入不同的計(jì)數(shù)初值生成不同頻率的波形，然后延時一段時間。電子琴程序主要是讀取鍵盤按鍵，根據(jù)鍵值產(chǎn)生不同的音調(diào)即可。而樂曲的播放先將樂曲的音符編碼表和節(jié)拍編碼表建立好的，然后在播放時讀取數(shù)據(jù)。1. 單音調(diào)子程序SOUND單音調(diào)子程序的調(diào)用前需要進(jìn)行以下幾個方面工作：1）確定相應(yīng)的音調(diào)所對應(yīng)的頻率，查表可以得到，再由頻率得到對應(yīng)的8253計(jì)數(shù)初值。2）確定音長，即一個音符所持續(xù)的時間。在單音調(diào)子程序中實(shí)現(xiàn)發(fā)出一個音符的聲音，持續(xù)所需的時間，流程圖如圖3所示：讀取8253計(jì)數(shù)初值和音長8253置初值

4、開啟與門和8253GATE延時關(guān)閉與門和8253GATE返回圖3 單音調(diào)子程序流程圖2音樂盒程序音樂盒的樂曲播放程序中需要有兩組數(shù)據(jù)支持：一組是頻率數(shù)據(jù)，一組是節(jié)拍時間數(shù)據(jù)。音符的頻率可以通過簡譜從頻率表中查得。節(jié)拍時間就是音符的持續(xù)時間，取決于樂曲的速度和每個音符的節(jié)拍數(shù)據(jù)。如4/4（四四拍）中，每小節(jié)包括4拍，全音符持續(xù)4拍，二分音符持續(xù)2拍，四分音符持續(xù)一拍，八分音符持續(xù)半拍等。有了音調(diào)與頻率和時間的關(guān)系后，就可以按照樂曲的曲譜將每個音符的頻率和持續(xù)的時間定義成兩組數(shù)據(jù)表，然后編程依次取出表中的頻率值和節(jié)拍值，調(diào)用單音調(diào)子程序就可依次產(chǎn)生各個音調(diào)，播放出樂曲。在程序中存儲幾個樂曲數(shù)據(jù)，根

5、據(jù)音樂盒子菜單選擇相應(yīng)的樂曲演奏，讀取對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。樂曲兩只老虎的簡譜如下：兩只老虎1=C4/41 2 3 1 | 1 2 3 1 | 3 4 5 - |3 4 5 - | 3 1 | 3 1 |2 5 1 - | 2 5 1 - |對應(yīng)的頻率數(shù)據(jù)表Freq、節(jié)拍數(shù)據(jù)表Time如下：TWOTIGERS_FRE DW 2 DUP(524,588,660,524,0)；樂曲的頻率表 DW 2 DUP(660,698,784,0) DW 2 DUP(784,880,784,698,660,524,0) DW 2 DUP(588,392,524,0),1TWOTIGERS_TIME DW 10 DU

6、P(100),200,100,100,200；樂曲的時間表 DW 2 DUP(50,50,50,50,100,100) DW 2 DUP(100,100,200)outb_p(0x34,0x43); outb_p(LATCH&0xff,0x40); outb_p(LATCH>>8,0x40); outb(inb_p (0x21) & 0x01, 0x21); /允許接收定時器中斷 void do_timer(void) 這是定時器主程序，用于每隔一段時間后進(jìn)行某些操作 8253.asm: /以下是nasm格式的匯編代碼，這個中斷處理函數(shù)必須用匯編 timer_int

7、errupt: push gs push fs push es push ds push ebp push edi push esi push edx push ecx push ebx push eax 如果你不在操作系統(tǒng)下使用，以下三行必須刪除,否則必須把0x10更改為內(nèi)核段選擇符mov eax,0x10 mov ds,ax mov es,ax mov al,0x20 out 0xa0,al ;發(fā)送EOI out 0x20,al call do_timer pop ebx pop ecx pop edx pop esi pop edi pop ebp pop ds pop es pop fs pop gs xor eax,eax iretd實(shí)驗(yàn)體會：本次實(shí)驗(yàn)的主要難處在于匯編程序的編寫，但編譯通過后