1、電腦鋼琴系統(tǒng)電腦鋼琴系統(tǒng) 匯編語言程序設(shè)計匯編語言程序設(shè)計 一、課題內(nèi)容和要求課題內(nèi)容和要求 題目描述：題目描述：利用匯編語言設(shè)計一個模擬鋼琴演奏程序。在顯示器上顯示出鋼琴 的鍵盤，以計算機鍵盤的相應(yīng)鍵模擬鋼琴鍵盤進行樂曲的演奏。在 PC 機鍵盤上 按鍵，屏幕上對應(yīng)的鋼琴鍵出現(xiàn)跳動，并發(fā)出相應(yīng)音符的聲音，例如： 按數(shù)字 “1” ， 發(fā) C 大調(diào) do 按數(shù)字 “2” ， 發(fā) C 大調(diào) re 按數(shù)字 “3” ， 發(fā) C 大調(diào) me 按空格（其它）鍵，退出。 基本要求基本要求：（1）設(shè)計一個基本的只有 7 鍵的模擬鋼琴鍵盤； （2）按鍵時，對應(yīng)的鋼琴鍵有反映，并發(fā)出相應(yīng)頻率的音符聲； （3）松鍵時

2、，對應(yīng)的鋼琴鍵恢復(fù)原狀； （4）實物演示時要求講出程序原理和設(shè)計思想； （5）程序運行良好、界面清晰。 提高要求提高要求： （1）繪制出三維立體鋼琴鍵，隨著按鍵，對應(yīng)鋼琴鍵有向下的動 作； （2）鋼琴聲隨著琴鍵按下時間的長短持續(xù)發(fā)出不同長短的聲音； （3）擴展鋼琴的音域。 二、需求和思路分析二、需求和思路分析 （1）鋼琴的繪制。這部分主要實現(xiàn)畫鋼琴鍵盤鍵身的功能。它是由一個個 白色的長方塊構(gòu)成的，要在屏幕上畫出有立體效果的長方形白色鍵盤，我們需 要用 BIOS 調(diào)用編織線使程序。顯示適配器都自帶顯示服務(wù)的 BIOS，利用它所 提供的 BIOS 調(diào)用來編寫程序，對于我們編程應(yīng)用者來說是透明的，我

3、們只需要 調(diào)用顯示驅(qū)動程序 INT 10H。鋼琴主要是由矩形、直線等規(guī)則幾何形狀構(gòu)成， 可以采用文本方式，也將屏幕設(shè)置成圖形顯示方式，通過畫點、畫線等基本程 序完成鋼琴的繪制。 對于繪制鋼琴鍵盤，為使其有立體感，還需要先在稿紙上畫出一個縮小版 的鋼琴鍵盤，準確計算其各個邊界的坐標，包括為使其有立體感而要畫出斜線 的方法，都需要事先準確推出運算公式。 鋼琴鍵盤的動態(tài)顯示則是同步于鍵盤的按鍵有按下和彈起的動畫。這部分 功能需要也可以用繪制鋼琴的方法來實現(xiàn)這個效果。 （2）音符的演奏。在 PC 系列機上，8254 的三個計數(shù)器各有其作用，計數(shù) 器 0 用于維護系統(tǒng)時鐘；計數(shù)器 1 用于周期性的向 D

4、MA 發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號，供 存儲器刷新使用；計數(shù)器 2 接到揚聲器用來產(chǎn)生聲音。各計數(shù)器的輸入時鐘脈 沖頻率均為 1.19318MHz。通過設(shè)置計數(shù)值可以產(chǎn)生各種頻率的聲音。與此同時， 許多輸入輸出操作都是由 8255A 可編程外設(shè)接口來控制的。利用 CPU 支持的外 圍電路 8254 與 8255，通過匯編程序改變 8255 的 PB0，PB1 口，接通揚聲器， 使得計算機能夠發(fā)出一定頻率的聲音，同時通過 8254 的與 8255 連接的 2 號計 數(shù)器控制指定頻率，從而達到控制揚聲器的音調(diào)的效果。 三、概要設(shè)計三、概要設(shè)計 繪制鋼琴鍵盤的流程圖： Flow Direction BL 0 Y

5、ES - DI+80 CX+20BL+1 BL7 DX-1 DX NO 在繪制鍵盤的程序中，基本的就是調(diào)用 INT 10H，重要的是鍵盤坐標的設(shè) 計，以及各個顏色的設(shè)定，以實現(xiàn)立體效果。由于要畫斜著的鍵盤鍵身，而匯 編程序本身只有畫點的功能，所以我們就要設(shè)計一個循環(huán)來實現(xiàn)鍵盤的繪制。 對每個坐標點(CX，DX)進行畫點，DX 不變，CX 每畫完一個就自增，在規(guī)定界限 內(nèi)實現(xiàn)一整行的繪制，而在 DX 自減 1，CX 不變則對上一行的點進行繪制。循環(huán) 便能進行整個鍵盤豎直部分的繪制。 斜線部分則需要一些巧妙的設(shè)計，因為設(shè)置 DI 為右邊界，而每個點的橫坐 標 CX 的起始位置始終是 DI 減去鍵盤

6、鍵身寬度，如果要畫斜線則 DI、CX 在畫第 一個鍵盤的時候就應(yīng)該比豎直部分少 1，根據(jù)這樣的特征，可以先設(shè)置一個拐 點處的縱坐標值 450，高于這個值時，畫豎直部分；低于這個值時畫斜線部分。 發(fā)聲部分的原理設(shè)計是利用可編程定時/計數(shù)器 8254 在揚聲器中的應(yīng)用而 完成的。揚聲器驅(qū)動系統(tǒng)的硬件組成如下圖所示。利用 8254 驅(qū)動揚聲器發(fā)聲是 由系統(tǒng)插件上 8255 的外圍電路來發(fā)出驅(qū)動信號的。如下圖中的 spk data 和 tim gatespk 就是接在 8255 的輸出端口上。其中 tim gatespk 控制 8254 定時 器來驅(qū)動揚聲器，spk data 來控制揚聲器的門電路。直

7、接由門電路驅(qū)動發(fā)出的 聲音比較難聽，通過濾波器濾掉雜波之后會更動聽一些，所以最好如下圖所示 加一個濾波器。 8255A 由一個控制寄存器，三個輸入輸出數(shù)據(jù)寄存器。輸入輸出寄存器又 稱為輸入/輸出端口。這三個端口的名字分別稱為 A 口、B 口和 C 口。一般編址 為 60H,61H 和 62H。在系統(tǒng)初始化的時候已經(jīng)將 A 口和 C 口設(shè)為輸入方式，B 口 設(shè)為輸出方式。 可以通過對 8254 計數(shù)器編程使產(chǎn)生某一頻率的方波，輸出經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動， 推動揚聲器發(fā)出聲音。 發(fā)聲部分的流程圖： 8254 8255A NO ASCII -30 AL AL N 鍵盤按下有聲音且要保持聲音隨按鍵的長短而不同

8、，需要監(jiān)視 8255 狀態(tài)端 口，在沒有丟開鍵時，揚聲器不會關(guān)閉而會一直發(fā)聲。 在鍵盤 17 按下的同時要屏幕鍵盤要有顯示，則需要調(diào)用 DOWN 子程序，來 實現(xiàn)琴鍵按下的動態(tài)效果。因為在揚聲器沒有關(guān)閉時，不會調(diào)用 UP 子程序，所 以琴鍵也會隨按鍵的長短而停留住，使按鍵的動態(tài)效果更加合理。 DOWN、UP 子程序原理和繪制鋼琴鍵盤部分一樣，在這里就不再累述。 四、詳細設(shè)計四、詳細設(shè)計 詳細源代碼及注釋： DATA SEGMENT DAT DB 0, 45, 75, 100, 125, 157, 190, 222, 252 ;各音階發(fā)聲的對應(yīng)的不同頻 率值 LEN DB 0, 6, 14, 2

9、2, 30, 38, 46, 54, 62 ;屏幕所畫鍵盤的每個鍵身的 右邊界值 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AH,0 ; 設(shè)置屏幕顯示圖形方式：每屏幕 字符數(shù)8025, 16色 MOV AL,12H INT 10H ; 調(diào)用10H的0號功能中斷 MOV AH,6 ; 窗口上滾功能調(diào)用 MOV AL,0 ; 設(shè)置顏色為黑色 MOV CH,0 MOV CL,0 MOV DH,18H MOV DL,4FH ;窗口坐標 INT 10H ;執(zhí)行中斷 MOV SI,360

10、;鍵盤鍵身的最上面坐標 MOV DX,480 ;鍵盤鍵身的最下面坐標 MOV DI,540 ;鍵盤鍵身的右邊界初始值 MOV CX,540 ;畫鍵盤鍵身的初始橫坐標 REDRAW: SUB DX,1 ;畫完一行的鍵盤后畫另一行 CMP DX,445 ;為起到三維效果而產(chǎn)生斜線的 臨界坐標 ，比較 JA ZHI ;大于445就處在豎直的鍵盤處， 跳轉(zhuǎn)到畫豎直部分代碼處 CMP DX,SI ;與鍵盤鍵身的最上邊界比較 JB LL ;低于此坐標說明整個鍵盤繪畫完 畢，跳轉(zhuǎn)至發(fā)聲程序代碼處 XIE: ;低于臨界坐標時要進行畫斜線部 分的坐標處理 SUB DI,479 ;右邊界和寫點橫坐標都減去固定 值

11、再減去1 SUB CX,539 ;右邊界和寫點橫坐標都減去固 定值再減去1 JMP HH ;跳轉(zhuǎn)至寫點的代碼部分 ZHI: ;高于臨界坐標時任然要進行畫豎 直部分的坐標處理 SUB DI,480 ;右邊界和寫點橫坐標都減去固定 值 SUB CX,540 ;右邊界和寫點橫坐標都減去固 定值 HH: MOV BL,0 ;對每個鍵盤鍵身的一行進行計 數(shù)， PAINT: MOV AL,15 ;畫白色鍵身 MOV AH,0CH MOV BH,0 ;在第0號顯示頁寫點 INT 10H ;10號中斷的0C號功能實 現(xiàn)寫點 INC CX ;寫完一個點后縱坐標不 變，橫坐標加一繼續(xù)寫點 CMP CX,DI JB

12、E PAINT ;在沒有超過右邊界 的時候按橫坐標加一繼續(xù)寫點 ADD DI,80 ;超過右邊界后則對右 邊界和橫坐標進行處理 ADD CX,20 INC BL ;在這種情況下說明一個鍵 盤鍵身的一行畫完了，在縱坐標不變的情況下畫下一個鍵盤鍵身的一行 CMP BL,6 ;設(shè)定鍵盤數(shù)目 JBE PAINT JMP REDRAW LL: MOV AL,80H ;對8255進行初始化工 作，A口、B口均為輸出狀態(tài)工作與方式0 OUT 63H,AL ;寫入控制端口 MOV AL,0B7H ;對計數(shù)器8254進行初始化 工作，選2號計數(shù)器，且先讀寫低8位后高8位，工作與模式3 OUT 43H,AL ;寫

13、入控制端口 PP: MOV AH,01H ;調(diào)用鍵盤中斷等待 鍵盤輸入，并將鍵盤輸入對應(yīng)的ASCII碼值做出口參數(shù)存入AL INT 16H JZ PP ;沒有鍵盤輸入循環(huán)等待 SUB AL,30H ;將對應(yīng)的ASCII碼值減 去30留下個位數(shù)值，以便取表中對應(yīng)的邊界值和發(fā)聲頻率值 CMP AL,08H ;AL中的參數(shù)將傳遞到 SOUND子程序去，此處還有按鍵范圍的作用，按鍵不是17將溢出跳出 JAE OVER1 CALL SOUND ;調(diào)用發(fā)聲程序子程序 JMP PP ;一個按鍵的發(fā)聲結(jié)束， 等下一個鍵盤輸入 OVER1:JMP OVER ;溢出 SOUND PROC NEAR ;發(fā)聲子程序

14、PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX PUSH SI ;保護變量，以便在此 子程序中用到變量時不至改變原值影響下面操作 MOV AH,0 ;使SI中的值就是鍵 盤參數(shù)的十進制值 MOV SI,AX ; 保護AL于SI中，以 待后用，作為參數(shù)傳遞 MOV BX,OFFSET DAT XLAT ;差頻率值表中的值，并 賦給AL MOV DI,AX ;設(shè)置發(fā)聲頻率 值的對應(yīng)鍵盤所要頻率 MOV DX,12H MOV AX,34DCH ; PC機內(nèi)置計 數(shù)器的輸入時鐘脈沖頻率的16進制值1234DC DIV DI ;出后得到8254計 數(shù)初值 OUT 42H,AL ;先寫低8

15、位 MOV AL,AH OUT 42H,AL ;后寫高8位 IN AL,61H ;讀PB口當前狀態(tài) OR AL,3 ; 使PB0、PB1均 為1 OUT 61H,AL ;接通揚聲器，此 時喇叭將在計數(shù)器輸出的頻率工作發(fā)聲，且CPU得以解放可執(zhí)行下面的繪圖工作 CALL DOWN ;調(diào)用使鍵盤 產(chǎn)生向下按的效果的子程序 WAIT1: IN AL,60H ;查看8255狀態(tài)端 口 TEST AL,80H ;查詢鍵是否放開 這樣鍵不松開就會一直出聲 JZ WAIT1 ;未放開繼續(xù)查詢 CALL UP ;調(diào)用使鍵盤產(chǎn) 生向上跳起效子程序 MOV AL,0 ;關(guān)閉揚聲器 OUT 61H,AL MOV A

16、L,0H MOV AH,0CH INT 21H POP SI ;還原變量 POP DX POP CX POP BX POP AX RET SOUND ENDP DOWN PROC NEAR ;鍵 盤按下子程序 PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX PUSH DI MOV AX,SI ;將上面做參 數(shù)保存起來的SI傳遞到此運用 MOV BH,AL ;BH中表示 按得是什么鍵, MOV BL,0 PUSH BX MOV BX,OFFSET LEN XLAT ;查邊界值表 得到鍵盤鍵身的右邊界值，并將結(jié)果賦給AL POP BX ;BH中表示按 得是什么鍵, PUSH BX

17、;將取出的右 邊界值作*10處理 MOV BX,10 MUL BX POP BX MOV SI,AX ;SI中為橫坐 標的邊界 MOV DX,450 ;鍵盤豎直部 分要實現(xiàn)按下效果的起始縱坐標 MOV DI,475 ;鍵盤豎直部 分實現(xiàn)按下效果的臨界值 GO: PUSH SI SUB SI,60 ;邊界減去鍵 盤鍵身的寬度得到寫點的起始橫坐標CX MOV CX,SI POP SI CA: MOV AL,0 ;對得到的 (CX，DX)點進行寫黑色實現(xiàn)擦除效果 MOV AH,0CH MOV BH,0 INT 10H INC CX ;某鍵盤鍵身 的某行的一個個橫坐標點 CMP CX,SI ; 畫好一

18、行 沒有？ JBE CA INC DX ;一行畫好后 畫另一行 CMP DX,DI JBE GO POP DI POP DX POP CX POP BX POP AX RET DOWN ENDP PUSH BX ;一段延時程序， 以使鍵盤按下效果不至于太快 PUSH CX MOV BX,1000 DELAY:MOV CX,0FfFH DL10MS:LOOP DL10MS DEC BX JNZ DELAY POP CX POP BX UP PROC NEAR PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX PUSH DI MOV AX,SI ;將上面做 參數(shù)保存起來的SI傳遞到此

19、運用 MOV BH,AL ;BH中表示 按得是什么鍵, MOV BL,0 PUSH BX MOV BX,OFFSET LEN XLAT ;查邊界值 表得到鍵盤鍵身的右邊界值，并將結(jié)果賦給AL POP BX ;BH中表示 按得是什么鍵, PUSH BX MOV BX,10 ;將取出的 右邊界值作*10處理 MUL BX POP BX MOV DX,475 ;鍵盤豎直部 分要實現(xiàn)彈起效果的起始縱坐標 MOV DI,450 ;鍵盤豎直部 分要實現(xiàn)彈起效果的臨界縱坐標 OK: PUSH SI SUB SI,59 ;邊界減去鍵 盤鍵身的寬度得到寫點的起始橫坐標CX MOV CX,SI POP SI SB

20、: MOV AL,15 ;對得到的 (CX，DX)點進行寫白色實現(xiàn)彈起效果 MOV AH,0CH MOV BH,0 INT 10H INC CX ;某鍵盤鍵身 的某行的一個個橫坐標點 CMP CX,SI ; 畫好一行 沒有？ JBE SB DEC DX ;一行畫好后 畫另一行 CMP DX,DI JAE OK POP DI POP DX POP CX POP BX POP AX RET UP ENDP OVER: MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END START 五、測試數(shù)據(jù)及其結(jié)果分析五、測試數(shù)據(jù)及其結(jié)果分析 測試運行結(jié)果如下： 初始鍵盤豎直部分效果如下： 此結(jié)果

21、比較合理的完成了初步設(shè)計。 實現(xiàn)簡單立體效果后繪制的鋼琴鍵盤如下所示： 當按下一個鍵時鍵盤顯示一直按下，并一直發(fā)聲，視覺效果如下所示： 這幾步實現(xiàn)設(shè)計的所需的功能要求。 六、調(diào)試過程中的問題六、調(diào)試過程中的問題 調(diào)試過程中出現(xiàn)了很多問題，比如琴鍵的坐標選取的不是很好，出現(xiàn)了不 對齊的情況。經(jīng)過再次仔細的運算，發(fā)現(xiàn)幾個坐標在運算過程中會有所偏差， 便對其做了相關(guān)的修改。 而監(jiān)視 8255 狀態(tài)端口以實現(xiàn)發(fā)聲時間的長短，則一直不是很順利。起初的 想法是是查看鍵盤緩沖區(qū)是否有值，但發(fā)現(xiàn)鍵丟開并不會自動使鍵盤緩沖區(qū)的 值去除。經(jīng)過網(wǎng)上找尋相關(guān)功能，終于理解了可以監(jiān)視 8255 狀態(tài)端口的方法來 實現(xiàn)監(jiān)視鍵盤動作。 值得改進的地方我覺得就是琴鍵餓設(shè)計，可以考慮在兩個白色琴鍵中間再 加上黑色琴鍵，這樣會更加逼真。而且琴鍵按下的時候可以改進成整個鍵身都 會按下，而不是只有豎直部分有按下的效果，不過這一想法實現(xiàn)起來應(yīng)該不是 那么容易。 七、專業(yè)課程設(shè)計總結(jié)七、專業(yè)課程設(shè)計總結(jié) 本程序的關(guān)鍵技術(shù)在于 BIOS 程序調(diào)用、輸入/輸出和鍵盤中斷的等方面的