1、第三节音乐播放程序1硬件编程21.1 硬件开发的通用思路21.2 8253的功能与作用21.3 8253工作原理21.4 8253编程方法32音乐程序编写62.1 扬声器驱动原理62.2 音符频率确实定62.3 定时器8253编程62.4 并口8255A编程73实验步骤104Turboc2的安装与使用114.1 turboc2的安装114.2 集成环境介绍114.3 turboc2的配置124.4 根本编程操作121硬件编程1.1 硬件开发的通用思路在学习的过程中，往往表达一个人的学习能力，并不是一个人在某一方面具体知识和技能掌握的如何，而是他是否掌握了有效的学习方法，是否能够建立起一个夯实的
2、知识框架。在本次实验中，通过大家学习本次实验，完成实验任务只是一个浅层次的目的，更重要的目的，也是通过实验，让大家亲身体验下硬件编程，掌握硬件编程的方法。其实不光是在硬件开发上，对于其他的任何事物和问题，解决问题的方法也是一样的。以下我们以8253定时器的开发，来简要介绍下我们的学习思路和方法，也可作为本小节内容组织的一个缩影。是什么？8253的功能和作用为什么？8253的工作原理怎么做?如何编程控制8253图1.11.2 8253的功能与作用8253是可编程的定时器与计数器。为外设与CPU之间或外设与外设之间配合工作时,提供有效的时间配合条件。8253有三个独立的16位计数器。每个计数器均可
3、按二进制或者BCD码计数。各个计数器有6种不同的工作方式。1.3 8253工作原理8253内部结构图1.28253内部结构框图8253内部有六个模块，结构框图如图1.2所示。数据总线缓冲器：数据总线缓冲器通过引脚D0D7与系统数据总线的D0D7相连，来实现CPU和8253的数据传输的。数据包括8253的计数值，和工作方式命令字。传输的方式为读和写。读写控制逻辑：读写控制逻辑由CPU发出的读写控制信号和地址信号，选择读出或写入的存放器，并确定数据传输的方向：读/写。控制字存放器：控制字存放器接收CPU发来的控制字。控制字用于设定8253的硬件状态，如计数器的选择与工作方式等。计数器n：计数器是8
4、253中真正的“劳动者”,8253的计数和定时功能是由计数器实际执行完成的。8253内部有3个独立的计数器。对于每一个独立的计数器，其都有三个引脚：CLKn.GATEnOUTno也可以简单的将这三个引脚的关系理解为输入ICLKn)、输出(OUTn)和控制(GATEn)08253计数原理计数器的输入为CLK时钟信号，为计数器工作提供计数的基准参考。在8253工作时，每输入一个时钟信号CLK,便使定时或计数值减1。当计数器工作时，定时或计数值减为。时，就在OUT线上输出OUT信号，以指示定时或计数己到。GATE门选通信号用于控制计数器工作，主要用来禁止、允许或开始计数。1.4 8253编程方法端口
5、与存放器图1.38253读写操作及端口地址8253的读写操作主要是由控制逻辑模块来实现的，AO.Al地址信号用来选择计数器，而由图。1.3可以看出，更确切的说AO、AI地址信号的作用是在选择端口。端口其实就是存放器，端口地址就是存放器的地址。当我们写数据到某个端口时，总要有个存储单元来接收存储我们的数据吧，否那么数据还没被送给CPU就不见了。当我们读取某个端口，那么一定也有一个存储单元存储着我们想要的数据吧，否那么我们的数据从哪里来呢？这样应该好理解吧，所以端口其实就是存放器。读写信号控制着数据的流向，数据是输入还是输出。这里大家可能会有疑问了。那我在编程控制8253的时候，读写信号、地址信号
6、是不是都要我在编程的时候直接进行设定呢？答案是否认的。其实我们在编程的时候要方便的多。硬件接口中每个端口都有特定的功能,编程时通过读写相应端口来对硬件接口进行控制和数据传输。8253端口：40H计数器0数据口。写该端口，可设置计数器1的初值。读同之。41H计数器1数据口。42H一一计数器2数据口43H8253控制口写该端口，选定计数器及其工作方式等。当我们要设置8253的工作状态时，我们要将工作方式命令字写入43H端口即可，当我们要对计数器2设置计数初值时，将计数初值写入42H端口即可。读写操作由汇编指令IN、OUT来完成，C语言中由inportb()和OUtPOrtbo函数完成。因此，在我们
7、编程时，我们只需要使用端口10命令或函数，指定要操作的端口号即可。至于硬件级别的引脚信号怎么做的都是由CPU在执行代码时，CPU发出的，那是CPU的事。8253编程任何一个硬件设备在正常使用之前都需要进行初始化。当芯片刚加电时，硬件的工作状态都是混乱的，因此，第一步总是要初始化硬件，初始化完成后，就可以控制硬件完成功能任务。图1.48253工作方式命令字格式由8253命令字可以看出，命令字主要控制着8253的计数器选择、读写格式、工作方式和计数码制。通过向8253的控制端口写入工作方式命令字，实现对8253工作状态的控制，主要用于8253的初始化。代码1.1选择计数器2,工作方式3,计数初值5
8、33（2个字节），采用二进制计数。#defineTIMER2JNIT0xb6命令字#defineINIT_DATA0x533计数初值#definePORT_T20x42计数器2数据口#definePORT.CTRL0x43/8253控制口union共用体暂存计数初值(unsignedintdivisor;unsignedchard2;tone;tone.divisor=INIT_DATA;OUtPOnb(CTRL_T,INnLT2);向控制端口写入工作方式命令字，初始化outportb(PORT_T2,tone.dOD;写入计数初值的低字节outportb(PORT-T2,tone.dI);写
9、入计数初值的高字节include函数名:inportb功能：返回从指定硬件端口读入的一个8位二进制(一个字节)。用:intinportb(intport);函数名：Outportb功能：输出字节到硬件端口中用法：voidoutportb(intport,charbyte);2音乐程序编写2.1 扬声器驱动原理图2.1扬声器硬件原理图在PC机中，8253的通道2与计算机的扬声器相连，由通道2工作于方式3产生一定频率的方波信号去驱动扬声器按一定频率发声。其中8253是否工作取决于其片选信号GATE2,输出的频率大小受控于编程时写入的计数初值。其原理如图2.1所示。8253的端口地址为40H43Ho
10、从图中可见，系统使用并行I/O接口8255A中PB端口的最低两位用作两个开关，来控制该发声驱动系统：PBo作为8253通道2的门控信号GATE2,控制通道2定时计数的启停;PBi与通道2的OUT2信号相与后去控制扬声器接通与断开。PC中8255A的端口地址为60H63H.可见，要使扬声器发声，PBO置1,通道2才能工作；PBl置1,OUT2上产生的一定频率的方波信号才能通过与门送到驱动器，从而使扬声器发声。在明白了如何通过驱动扬声器的原理后，我们应该明白，实现本次实验，关键点就在与两个方面了：一是如何控制8253定时器，使其输出音频波形；二是如何控制8255A,使其起到控制开关的作用。接下来我
11、们来深入探讨。2.2 音符频率确实定乐曲是按照一定的上下、长短和强弱关系组成的音调。在一首乐曲中，每个音符的音高与频率有关。组成乐曲的每个音符的频率值是乐曲程序发声所需要的数据。音符的频率根据不同的音乐是不同的，可以预先查知，但实际送入计数器的是输入频率l193MHz(l193180)与音符频率相除的值。8度音：1234567i音符1300Hz1462.5Hz1625Hz1733Hz1950Hz2166.7Hz2437.5Hz2600Hz频率918816734689612550489469初值音符频率表例如我们计算扬声器发出音符I时的计数初值，音符I的频率为1300Hz,那么计数初值就为119
12、3180/1300,各个音符的频率以及相关8253的计数初值在上表中。2.3 定时器8253编程定时器8253主要实现音乐频率的产生。在8253的三个独立的计数器中，计数器2用于控制扬声器，两外两个计数器分别用于控制系统软时钟和动态存储器刷新。在音乐播放程序中，首先要初始化8253,使计数器2工作在方式3,随后对计数器2赋初值，它就根据系统时钟对初始值进行减1计数，当计数值到0时，定时器就向扬声器发出一个脉冲，同时重新从初始值开始减计数。总之，定时器能根据要求的频率向扬声器发出脉冲，于是扬声器就产生指定频率的声音。定时器的输入频率固定为1193180,计数初值决定了向扬声器发出脉冲的时间间隔，
13、他们之间的关系如下公式计算：频率=1193180/计数初值计数初值=1193180/频率其中各个音符的频率，可参考2.2小节中的音符频率表，表中给出了各个音符的频率，以及相应的计数器的初值。定时器8253的编程可参考代码IJ02.4 并口8255A编程声音的停顿以及开关是由8255A来实现的。8255A是通用可编程并口芯片。片内有3个8位并行I/O口，分别称为PA口、PB口和PC口，可以通过编程对8255A输入不同的指令改变I/O口的工作方式。在音乐播放程序中，并口8255A中的PB口中d和dl两位控制着定时器8253的GATE2和扬声器，其作用相当于一个开关。只有当d为1时，8253的计数器
14、2才允许计数，因此d作为8253工作与否的开关；同时dl位控制着8253的计数器2的OUT信号是否能够顺利送达扬声器，因此，当音乐播放的时候，PB口的dO、dl位要置1。代码2.1unsignedcharvalue;value=inportb(PORT,PB);取出8255A的PB口状态outportb(PORTPB,(value0x03);将PB口的低2位值1udelay(ms);延时子函数，控制音符的节拍outportb(PORT_PB,value);恢复PB口状态，即关闭在代码2.1中，定义了一个UnSignedChar型变量VaIUe,用于读取8255APB口的状态，随后将ValUe与
15、0x3相与写入PB口，等待一个延时，这个延时控制着一个音符发声的时长，即节拍。随后将VahIe值再写入PB口。这样就防止了对PB口中其他位产生影响。在代码2.1中，有个延时子程序LdelayO,这个延时主要是控制每个音符发声的长短，从而实现整个音乐的节拍。该延时子程序的实现与CPU主频无关，能够到达不依赖于硬件主频的准确延时。有兴趣同学可以分析下该延时程序，代码如下：代码2.2voidu-delay(unsignedintms)structtimetimep;floatiime.timel:getlime(&timep);time=timep.ti_hour*3600+limep.li_min
16、60+limep.ti_sec+limep.li_hund*1.00/100;dogetlime(&timep);time1=timep.ti_hour*3600+limep.li_min*60+limep.ti_sec+(imep.(i_hund*1.00/100;if(timeltime)(time1+=86400;)Iwhile(time1-IimeOoc2解压在了F分区下，因此以此路径为例进行讲解。如果你turboc2解压的位置与我的不同，请注意相关路径，以你实际路径为准。图4.1在图4.1中，显示了进入UIrbOC2安装目录的情况，可以看到UIrbOC2目录下有两个文件夹INCLU
17、DE和LlBo在使用IUrbOC2之前，我们需要先设置turboc2的头文件和库文件的路径，设置方法稍后会介绍。4.2 集成环境介绍1. 进入dos环境2. f：3. Cdturboc24. tcC:DocumentsandSettingsAdministratorf：F：cdturboc2F：turboc2tc图4.2输入tc命令，就开始执行:turboc2的集成开发环境。图下列图所示:图4.3如图4.3所示，集成环境有四个区域组成：主菜单、编辑区、信息窗口、状态行。主菜单包括File、Edit、Run、CompileOptionsDebugBreak/watch子菜单。编辑区用来编辑文件的
18、也是turboc2的主窗口，在次窗口可以输入、编辑和调试C语言文件。在编辑状态下，闪烁的“，为光标，表示当前输入文字将出现的位置。信息窗口在编译、调试程序的时候会显示出相关的信息。在编译/连接时输出编译/连接的结果，在程序调试中，此窗口又称为跟踪窗口，用于显示跟踪表达式或变量的当前值。编辑窗口和信息窗口的切换通过功能键F6实现。状态行即图4.3红线处，为用户提供最根本的帮助信息，以及当前键盘状态。在UIrbOC2的集成环境中，是不能用鼠标的，只能使用键盘。在图4.3中，可以看到主菜单File的背景色为黑色，按下回车，即可展开File下的子菜单。如图4.4图4.4在File的子菜单中，可以使用
19、键盘上下方向键来选择子选项。退到主菜单可按“ESC”键，也可使用“FI0”快捷键切到主菜单。在不同的子菜单中切换，可以在主菜单下使用左右方向键，黑色背景即为当前操作的子菜单。也可以使用“Alt”快捷键，如我想进入COmPiIe子菜单，可以使用“Alt+C”即可，在主菜单中每个子菜单的首字母都是大写红色，Alt和各个子菜单的首字母组合都可进入相应的子菜单。如图4.5所示。图4.5如果要退出turboc2集成环境，可以进入FiIe子菜单中，选择QUiI即可，也可使用“Alt+X”快捷键。4.3 turboc2的配置在4.1小节我们提到需要配置turboc2的一些路径，这里我们来完成这个任务。进入U
20、IrboC2集成环境，切到OPt沁ns子菜单，选择DireCtorieS选项。如图4.6所示：图4.6进入DireCtorieS后如图4.7所示：图4.7如图4.7显示，有四个工程，如果你的安装路径和我的不同，请做相应的修改。Includedirectories：头文件的路径，如图4.1所示，设为turboc2目录下的INCLUDE文件夹。1.ibrarydirectories：库文件路径，设为turboc2目录下LlB文件夹。Outputdirectories：输出文件夹，即用来存放编译程序时的生成文件，包括目标文件和可执行文件等。由于turboc2目录下文件太多，为了方便程序管理，我在Ul
21、rbOC2目录下新建了一个Project文件夹，来存放源程序和编译生成的程序。TurboCdirectory：该路径为turboc2的安装目录即可。到此，turboc2环境就可以正常使用了。4.4 根本编程操作创立一个c源文件在每次启动turboc2后，系统会自动创立名为N0NAME.C的新文件。在编辑窗口输入程序代码，并保存，就可以创立一个C源文件。另外，在FiIe菜单下“New”选项也可创立一个新文件。如图4.8所示：图4.8程序文本输入在插入点处输入文档的内容。如果当前的编辑状态为InSert（插入），输入程序文本后，插入点自动向后移动。如果当前的编辑状态为改写，输入程序文本后，当前输入
22、的文本会显示在窗口中，并自动覆盖插入点后的文本，直到停止输入。插入和改写状态切换是通过按InSert功能键来实现的，在编辑窗口上的提示行中有“Insert”信息时表示当前的状态为插入状态，否那么为改写状态。在程序输入的时候,应当注意如下的问题，缩进或对齐程序文本时最好使用Tab键。调整插入点的位置，使用光标键进行精确定位，使用PageUP/PageDown键进行上下翻集成开发环境的简介页，使用HOme键将光标移到所在行的开始，使用End键将光标移到所在行的结尾。如果发现输入有误，将插入点移动到相应的位置，使用Del键删除插入点右边的文本,使用Backspace键删除插入点左边的文本。图4.9保
23、存文件在FiIe菜单下，选择SaVe选项。如图4.10所示：图4.10此时会出现一个提示框,提示输入文件的文件名。由于我在turboc2目录下新建了一个Project文件夹，来存放我的源文件和编译生成的文件，因此，我就把路径和文件名设置为如图4.11所示，文件名为HelIO.c,存放在F:TURBOC2project目录下。图4.11敲下回车即完成文件的保存。这时在F:TURBOC2project就生成了一个HelIo.c源文件。、翻开已存文件在翻开turboc2集成环境后，选择FiIr菜单下Load选项，如图4.12所示：图4.12在提示框中可以输入我们要翻开文件的文件名，系统默认的是在TU
24、RB0C2目录下查找文件，假设TURB0C2目录下不存在该文件，那么无法翻开并且以该文件名新建一个文件。而我的Hellox文件在TURBoC2目录下Project文件夹下，此处输入的文件名可以包含路径和文件名，假设我要翻开Heno.c文件，输入PrOjeCtHello.c如图4.13所示：图4.13编译连接进入ComPile菜单，如图4.14所示：图4.14CompiletoOBJs将hello.c经过预处理、编译、汇编后得到OBJ目标程序。MakeEXEfile:：将Hello.c程序直接编译成可执行程序。也可按下F8快捷键。1.inkEXEfile：将目标程序进行链接，生成可执行程序EXE。运行/调试
