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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. 编程结构. 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40 H、41H 和42 H。 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。

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第12章 发声系统的程序设计

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  1. 第12章 发声系统的程序设计

  2. 基本内容 可编程内部定时器8253/54 通用发声程序 乐曲程序

  3. 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

  4. 编程结构 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。

  5. 数据总线 缓冲器 CLK0 GATE0 OUT0 计数器0 D0–D7 内 部总线 A0 A1 WR RD CS CLK1 GATE1 OUT1 读写 逻辑 计数器1 控制 寄存 器 CLK2 GATE2 OUT2 计数器2

  6. 工作方式 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。 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。

  7. 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。

  8. 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。

  9. 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。

  10. SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD 控制字 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： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

  11. 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

  12. 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

  13. IBM PC 8253/54定时器的使用 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： 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

  14. 计数器1专门用做动态随机存储器刷新的定时控制，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。

  15. 计数器2产生扬声器频率信号，控制扬声器发声。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）。

  16. 选择A端口来源 定时器2闸门 扬声器数据 禁止键盘时钟脉冲 允许扩展槽错误信息 选择C端口来源 允许RMA工作 开动盒带马达 12.2 通用发声程序 扬声器驱动方式 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。

  17. 8255PB D1 与 门 放大器 扬声器 脉冲信号 CLOCK OUT2 GATE2 8255PB D0 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。

  18. 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 通用发声程序

  19. ；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 GENSOUND CODE SEGMENT PARA‘CODE’ ASSUME CS：CODE UNSOUND PROC FAR PUSH AX PUSH BX PUSH CX 例：通用发声程序GENSOUND。

  20. 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

  21. 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

  22. 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)。

  23. 12.3 乐曲程序 音调与频率和时间的关系 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。

  24. 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 294 2 8113 147 3 3614 330 3 7228 165 4 3417 349 4 6815 175 5 3042 392 5 6085 196 6 2710 440 6 5421 220 7 2415 494 7 4828 247 1 2280 523 1 4452 262 音符与频率之间的关系

  25. 演奏乐曲的程序 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。

  26. DATA SEGMENT MUSIF 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 例：《萍聚》乐曲演奏程序如下：

  27. 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 ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA

  28. MAIN PROC FAR START: 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

  29. MOV AL,AH OUT 42H,AL IN AL,61H MOV AH,AL OR AL,3 ；打开扬声器 OUT 61H,AL WAIT1: MOV CX,1400 LONG: LOOP LONG DEC BX JNZ WAIT1 MOV AL,AH OUT 61H,AL ；复位端口 ADD SI,2 ADD BP,2 JMP VOIM

  30. 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

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