第12章发声系统的程序设计

《 IBM PC 80X86 汇编语言程序设计》冶金工业出版社

第 12章发声系统的程序设计

第 12 章发声系统的程序设计



基本内容可编程内部定时器 8253/54

通用发声程序乐曲程序



12.1 可编程内部定时器 8253/54 编程结构工作方式控制字 IBM PC 8253/54 定时器的使用



8253/54 定时器内部有 3 个独立工作的计数器：计数器 0 、计数器 1 和计数器 2 ，端口地址分别为 40H 、 41H 和 42H 。其中计数器 0 用于实时钟，计数器 1 用于 DMA 进行寄存器刷新，计数器 2 用于扬声器发声。每个计数器中包含一个以倒计数的方式计数的 16 位计数寄存器。 8253/54 内部还有一个公用的控制寄存器，端口地址为 43H 。每个计数器由 CLK 、 GATE 和 OUT 3 个引脚与外部通信，如下图所示，其中 CLK 为时钟输入端， GATE 为门控信号， OUT 为信号输出端。

编程结构



内部总线

CLK0

GATE0OUT0

CLK1

GATE1OUT1

CLK2

GATE2OUT2

计数器 2

计数器 0

计数器 1

D0–D7

A0A1WRRDCS

数据总线缓冲器

读写逻辑

控制寄存器



8253/54 有 6 种可编程选择的工作方式。这 6 种工作方式的主要区别是输出波形不同，下面分别作以介绍。

工作方式

1. 方式 0 ：计数结束产生中断在这种方式下，计数器对 CLK 输入信号进行减法计数，每一个时钟周期计数器减 1 。当设定该方式后，计数器的 OUT 变低。设置装入计数值时也使输出 OUT变低。当计数减到 0— 计数结束时，输出 OUT 变高。该输出信号可以作为中断请求信号来使用。


第 12章发声系统的程序设计 2. 方式 1 ：可编程单脉冲输出当计数器的计数值装入计数器后，要由门控信号 GATE 上升沿开始启动计数。同时计数器的 OUT 输出为低电平。当计数结束时，OUT 输出为高电平。这样就可以从计数器的 OUT 端得到一个由

GATE上升沿开始，直到计数结束的负脉冲。若要再次获得一个所希望宽度的负脉冲，则需要重新装入计数值并用 GATE 启动来达到。 3. 方式 2 ：频率发生器在该方式下，计数器装入初值，开始工作后，计数器的输出OUT 将连续输出一个时钟周期宽的脉冲。两负脉冲之间的时钟周期数就是计数器装入的计数初值。这样一来，就可以利用不同的计数值达到对时钟脉冲的分频，而分频输出就是 OUT 输出。


第 12章发声系统的程序设计 4. 方式 3 ：方波发生器这种方式下，可以得到对称的方波由 OUT 输出。当装入计数值为 N 时，若 N 为偶数，则完成 N/2 计数 OUT 为高，完成另外 N/2 计数时 OUT 为低，一直进行下去。若 N 为奇数，则（ N+1 ） /2 计数时 OUT 保持高电平。而（ N—1 ） /2 计数期间 OUT 为低电平。 5. 方式 4 ：软件触发选通设置此方式后，输出 OUT 立即变为高电平，一旦装入计数值，计数立即开始。当计数结束时，由 OUT 输出一个宽度为一个时钟周期的负脉冲。



6. 方式 5 ：硬件触发选通在设置此方式后， OUT 输出为高电平。计数由GATE的上升沿开始进行，当计数结束时由输出端 OUT 送出一宽度为一个时钟周期的负脉冲。在此方式下， GATE 的电平高低不影响计数，只是由 GATE 的上升沿启动计数开始。若在计数结束前，又出现 GATE 上升沿，则计数从头开始。



8253/54 的 3 个计数器是分别编程的，中央处理器通过写入控制命令字对 8253/54 进行编程，将控制字送入控制寄存器，设定 8253/54 的工作方式。 8253/54 控制寄存器中的控制字节格式如下：

控制字

SC1

SC0

RL1

RL0

M2 M1 M0 BCD

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0


第 12章发声系统的程序设计 D0 ：选择计数器格式 0 ：二进制计数 1 ： BCD 码格式 D1 、 D2 、 D3 ：选择工作方式 000 ：方式 0 001 ：方式 1 x10 ：方式 2 x11 ：方式 3 100 ：方式 4 101 ：方式 5

D4 、 D5 ：选择读写方式 00 ：将计数器中的数据锁存于缓冲器 01 ：选择计数器的低 8 位读写 10 ：选择计数器的高 8 位读写 11 ：先读写低 8 位计数值，后读写高 8 位计数值D6 、 D7 ：选择计数器 00 ：计数器 0 01 ：计数器 1 10 ：计数器 2 11 ：非法



例：按要求写出 8253 的初始化程序：将计数器 0 设为模式 3 ，计数初始值为 2000 （ BCD 码）。 MOV AL ， 00110111B ；设定控制字 OUT 43H ， AL ；控制字送控制寄存器 MOV AX ， 2000H OUT 40H ， AL MOV AL ， AH OUT 40H ， AL



在 PC 系列微机系统中， 8254/53 的 3 个时钟输入端（ CLK0 、 CLK1 、 CLK2 ）的输入频率均为 1.1931816MHz 。 IBM 公布的软件 BIOS 中有专门对 8253 初始化的程序。下面是计数器 0的初始化程序：

IBM PC 8253/54定时器的使用

MOV AL ， 00110110H ；选择计数器 0 ，双字节，方式 3 ，十六进制 OUT 43H ， AL ；写入控制器 MOV AL ， 0 ；初值为 0000H （即 65636 ） OUT 40H ， AL ；写低字节 OUT 40H ， AL ；写高字节


第 12章发声系统的程序设计计数器 1 专门用做动态随机存储器刷新的定时控制，下面是计数器 1 的初始化程序： MOV AL ， 01010100H ；选择计数器 1 ，只写低字节，方式 2 ，二进制 OUT 43H ， AL ；写入控制器 MOV AL ， 18 ；将低字节计数值 18 写入 OUT 41H ， AL ；计数器 1 门控 GATE1 接 +5V ，输出 0UT1 通过 D 型触发器产生存储器刷新请求信号 DRQ0 ， DRQ0 是 DMA 控制器通道 0 的请求信号。刷新分频数设为 18 ，因此，在 OUT1 输出周期为 18/1.1931816 MHz （即约 15μs ）的脉冲序列。


第 12章发声系统的程序设计计数器 2 产生扬声器频率信号，控制扬声器发声。下面是计数器 2 的初始化程序： MOV AL ， 10110110H ；选择计数器 2 ，写双字节，方式 3 ，二进制数 OUT 43H ， AL ；写入控制器 MOV AX ， 533H ；初值为 533H OUT 42H ， AL ；送低字节 MOV AL ， AH OUT 42H ， AL ；送高字节计数器 2 工作于方式 3 。门控 GATE2 与 8255 的端口 PB0 相连，输出 0UT2 产生频率为 896Hz 的方波，因此将计数器 2 的计数初值设为 533H （ 1.1931816MHz/896Hz=533H ）

。


第 12章发声系统的程序设计12.2 通用发声程序

PC 机可以通过两种方法产生声音 ,这两种方法都与并行接口芯片 8255 有关 , 8255 有 3 个 8 位端口和一个控制寄存器，端口地址分别为 60H 、 61H 、 62H 和 63H 。 60H端口和 62H端口用于输入， 61H端口用于输出，这 3 个端口分别称为 PA 、 PC 、 PB ， 63H 端口用于设置 8255 的工作方式。 8255 PB 口各位含义如下图所示。 D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0 定时器 2闸门扬声器数据选择 C 端口来源开动盒带马达

选择 A 端口来源禁止键盘时钟脉冲允许扩展槽错误信息允许 RMA 工作

扬声器驱动方式


第 12章发声系统的程序设计一种方法是通过输入 / 输出指令向设备寄存器的 D1位交替送 0 和 1 ，使与其相连的扬声器脉冲门产生连续的脉冲电流，驱动扬声器发声。第二种方法是利用 8253/54 可编程定时器驱动扬声器。如下图所示，和扬声器相连的是定时器 2 ，门控

GATE2 与端口 61H 的 D0 位相连，该位为 1 时，允许定时器 2 工作在方式 3 。输出 OUT2 与端口 61H的D1 位通过一个与门和扬声器的驱动电路相连，该位为1 时，允许输出信号送到扬声器电路。

与门

放大器扬声器8255PB D1

脉冲信号8255PB D0

CLOCK OUT2

GATE2


第 12章发声系统的程序设计通用发声程序

BIOS 中的 BEEP子程序能控制 8253/54 定时器，产生频率为 896 Hz 、持续时间为 0.5秒倍数的声音。程序设计中可以对 BEEP 程序作以修改，使其不仅能产生任一频率的声音，而且能调整声音的持续时间。由于计数器的输入频率为 1.1931816M Hz ，所以用下式：1193100÷要求频率 =12348H÷ 要求频率计算出计数值，将该值作为初值送计数器 2 ，就可以实现： MOV DX ， 12H MOV AX ， 348CH DIV DI


第 12章发声系统的程序设计例：通用发声程序 GENSOUND 。

；功能：产生任一频率的声音；入口参数： BX= 时间延时的计数初值 DI=指定的发声频率PUBLIC GENSOUNDCODE SEGMENT PARA‘CODE’ ASSUME CS ： CODE UNSOUND PROC FAR PUSH AX PUSH BX PUSH CX


第 12章发声系统的程序设计 PUSH DX PUSH DI MOV AL ， 0B6H ；初始化定时器 2 OUT 43H ， AL MOV DX ， 12H MOV AX ， 348CH ；设置输入频率 DIV DI OUT 42H ， AL MOV AL ， AH OUT 42H ， AL IN AL ， 61H ；读 8255状态 MOV AH ， AL


第 12章发声系统的程序设计 OR AL ， 3 ；设置 61H端口的 D0 和 D1 位 OUT 61H ， AL WAIT ： MOV CX ， 1400 ；设定延时 DELAY ： LOOP DELAY DEC BX JNZ WAIT MOV AL ， AH OUT 61H ， AL POP DI POP DX POP CX


第 12章发声系统的程序设计 POP BX POP AX RET UNSOUND ENDP CODE ENDS END

说明： 8088/86 系统时钟频率为 4.7M Hz ，即时钟周期约 212ns ， CPU执行一条 LOOP指令需要 17个时钟周期，所以该程序中的延时设定值为5ms(1400*17*212ns) 。



为了编写能发出乐曲音调的声音，可以利用计算机控制发声的原理，通过对 8253 编程来实现。下表给出了两个音节的音符与频率之间的关系。从表中可以看出声音频率值和脉冲频率值有如下关系：脉冲频率 =1193181/ 声音频率。

12.3 乐曲程序音调与频率和时间的关系



音符脉冲频率声音频率音符脉冲频率声音频率1 9104 131 2 4056 2942 8113 147 3 3614 3303 7228 165 4 3417 3494 6815 175 5 3042 3925 6085 196 6 2710 4406 5421 220 7 2415 4947 4828 247 1 2280 5231 4452 262

音符与频率之间的关系



明确了音调与频率和时间的关系，设计程序时，就可以按照乐谱在数据段中定义两个存储区，将每个音符所对应的频率和延时时间值分别放在两个存储区中，在代码段中依次取出表中的频率值和时间值，实现演奏。

演奏乐曲的程序


第 12章发声系统的程序设计例：《萍聚》乐曲演奏程序如下： DATA SEGMENTMUSIF DW 196 ， 220 ， 262 ， 294 ， 330 ， 2 DUP(392) DW 440 ， 392 ， 2 DUP(330),294 ， 3 DUP(262) ， 220 ， 220 ， 262 DW 294 ， 196 ， 220 ， 262 ， 294 ， 330 ， 2 DUP(392) DW 440 ， 392 ， 330 ， 330 ， 294 ， 3 DUP(262) ， 220 ， 220 ， 196 DW 3 DUP(262) ， 294 ， 262 ， 294 ， 330 ， 349 DW 392 ， 392 ， 440 ， 392 ， 330 ， 392 ， 3 DUP(440) ， 392 ， 330 DW 294 ， 262 ， 294 ， 196 ， 220 ， 262 ， 294 ， 330 ， 392 ， 392 DW 440 ， 392 ， 2DUP(330) ， 294 ， 3DUP(262) ， 220 ， 220 ， 196,262 DW -1 ；以上为频率表


第 12章发声系统的程序设计MUSIT DW 2 DUP(12),38,12,25,12,12 DW 38,12,25,12,12,38,5 DUP(12) DW 75,12,12,38,12,25,12,12 DW 38,12,25,12,12,38,5 DUP(12) DW 75,12,12,38,12,25,12,12 DW 38,6,6,25,12,12,38,12,25,12,12 DW 38,12,25,12,12 ， 38 ， 12 ， 25 ， 12 ， 12 DW 38 ， 12 ， 25 ， 12 ， 12 ， 38 ， 5 DUP(12),100 ；以上为节拍时间表DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA


第 12章发声系统的程序设计MAIN PROC FARSTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX LEA SI,MUSIT ；频率表偏移地址 LEA BP,DS:MUSIF ；时间表偏移地址VOIM: MOV DI,[SI] CMP DI,-1 JE ENDF MOV BX,DS:[BP] MOV AL,0B6H OUT 43H,AL MOV DX,12H MOV AX,348CH DIV DI OUT 42H,AL


第 12章发声系统的程序设计 MOV AL,AH OUT 42H,AL IN AL,61H MOV AH,AL OR AL,3 ；打开扬声器 OUT 61H,ALWAIT1: MOV CX,1400LONG: LOOP LONG DEC BX JNZ WAIT1 MOV AL,AH OUT 61H,AL ；复位端口 ADD SI,2 ADD BP,2 JMP VOIM


第 12章发声系统的程序设计 ENDF: MOV AX,4C00H INT 21H CODE ENDS END START

从上面的程序中可以看出，编写乐曲程序分为 3 个步骤：（ 1 ）在数据段中为要演奏的乐曲定义一个声音频率表和一个节拍时间表。（ 2 ）将声音频率表和节拍时间表的偏移地址送 SI 和 BP

（ 3 ）从声音频率表和节拍时间表中取出数据分别送入DI 和 BX

第12章 发声系统的程序设计

Documents

第12章发声系统的程序设计