基于汇编的音乐弹奏程序

夏超群

（武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

0 引言

计算机系统中，由可编程定时／计数器集成芯片，可以为处理器和外设提供时间标记，也可以对外部事件进行计数。而计数和定时两个概念如果联系起来，很容易让人联想到频率，由频率的振动可以产生声音，频率的高低，决定声音音调的高低。在考虑发声频率高低时，如果还考虑发声时间的长短，或将二者灵活结合，便会产生不同节拍、不同音调的声音，若声音按乐谱输出即为音乐。下面从PC系统发声原理及实现方法上，说明如何使用PC键盘八个数字键，代替钢琴键弹奏音乐的程序设计。

1 PC系统的发声原理

1.1 定时／计数器8253

定时／计数器8253有3个内置的计数器，3个计数器的数据端口地址分别是40H、41H、42H，命令端口地址43H。3个计数器硬件结构基本相同，每个计数器内有一个16位存放初始值的寄存器；一个16位的输出锁存器，在写入锁存命令时，锁定计数器的当前值；一个16位可对初始值进行减1的减法计数器，其内的值不断递减，减到0时，从端口OUT输出一个脉冲信号。

定时／计数器8253的0号计数器作为日时钟计时，它每秒约发出18次中断以修正时间；1号计数器采用DMA传送数据；2号计数器控制扬声器发声，它其实是一个振荡电路，此振荡电路向扬声器发送用户设定频率的脉冲，当扬声器驱动电路的输出端口控制扬声器为接通状态时，就让OUT2信号通过，经滤波和功放电路，使扬声器发出指定频率的声音［3］。

1.2 扬声器驱动系统

计算机上大多数数据的输入／输出，都是由系统主板上的8255可编程外围接口芯片或等效电路管理。8255内有三个8位寄存器，分别用于输入或输出功能，其输出寄存器的低两位用来选择扬声器的驱动方式，不采用8255的计算机，通过等效电路选择扬声器的驱动方式，它们所使用的端口地址是61H［2］。具体连接见扬声器驱动电路图1。

图1 扬声器驱动电路图

由扬声器驱动电路图可以看出，8255或等效电路输出寄存器第0位，控制8253／8254定时器门控信号（GATE2）的状态，即是否允许2号计数器开始工作；输出寄存器第1位，控制扬声器的与门电路是否接通，即控制扬声器是否能接收2号计数器的输出信号（OUT2）。综合上面分析知，8255或等效电路输出寄存器第0位为1时，选通GATE2门电路，选用8253／8254定时器芯片内的2号计数器，2号计数器产生一个振荡电路，该电路向扬声器发送指定频率的脉冲。当8255或等效电路输出寄存器第1位为1时，扬声器为接通状态，可以接收2号计数器输出的脉冲信号，从而控制扬声器器发出一定频率的声音。当8255端口或等效电路输出寄存器低两位至少有一位为0时，可使扬声器停止发声［2］。由于2号计数器输出信号可以输出不同频率，但输出振幅相同，因此可控制扬声器发出不同的音调，不能控制声源的音量。

因此，利用控制定时／计数器及8255或等效电路输出寄存器端口的方法，可控制扬声器发出不同频率的声音，用软件实现则该发声控制，可分如下三步进行：

（1）将一特定数0B6H送2号计数器中的命令口43H，这个数对2号计数器的方式寄存器进行初始化，使2号计数器准备接收计时常数。

（2）将16位二进制计时常数装入2号计数器的数据口42H，这个常数即是将要产生的声音频率。

（3）把8255或等效电路输出端口61H的低两位置1，控制扬声器连通，使其能发出声音［1］。

按上述步骤控制发声时，声音的持续的默认时间很短，实际在控制发声时，要求声音持续时间长短根据用户要求设定，故程序内需要指定延时时间，最终让计算机按设计者的指定时间和指定频率，发出不同节拍、不同音调的声音。假定发声频率存放在DI寄存器中，发出指定频率声音的程序段如下。

如果要求声音持续一定的时间，可在程序中加上延时的程序段。假定延时值存放在BX、CX寄存器中，代码如下：

2 键盘控制发声的实现

音乐的音调是按照一定的高低、长短和强弱关系组成，在一首音乐乐曲中，音符的音高和节拍与频率和声音持续时间相关联，所以组成音乐乐曲的每个音符的频率和持续时间，是设计音乐程序所必须的数据。如果按照乐曲的曲谱，将每个音符的频率和持续时间分别定义成数据表，在程序中依次取出表内频率和持续时间，就可以编写用户需要的音乐程序。

如果将计算机键盘上相应数字键和设定的音符、频率形成一种对应关系，就可以通过键盘控制扬声器发出所设定音符的声音，相当于将计算机键盘转换成钢琴键，实现用计算机键盘弹奏音乐或演奏程序设定的音符乐曲。因为钢琴的音符较多，以设计一个音域有限（只有八个音符）的弹奏程序为例，介绍利用键盘1～8八个数字键控制扬声器发出八个音符的实现过程。

2.1 键位和音符的对应关系

由键盘控制发声，要求按下键盘上的某一数字键，就发出对应的音调，表1列出了键盘八个数字键位和音符之间的关系［1］。

表1 键盘数字键与钢琴的八个音符对应表

由上表的对应关系可以看出，当按下数字键1时，程序接收这个键的ASCII码值，由该值与频率数据表的对应关系，取出此键对应的频率值262Hz，传给发声程序发出指定时间长短的声音，该声音与钢琴键C音调对应。依次类推，按下不同数字键时，发出表中对应频率的音调。

2.2 键盘弹奏音乐的算法

程序中首先将音符的频率表作为数据按顺序定义在数据段中，对于声音的持续时间，统一设定相同值，只需使用相同程序段实现延时控制，不需要额外的数据表。程序的功能是接收键盘键入，根据键入的数字信息，查找数据表，获取其对应的频率值，将所得到的频率值传送给发声子程序，以发出相应音调的声音。程序算法流程图如图2。

图2 键盘弹奏程序流程图

2.3 键盘弹奏音乐的主要代码

数据表的定义程序段：

接收键入数字，根据数字信息决定取频率值，并将频率值送至DI寄存器，将声音的持续时间值送BX寄存器的程序段：

确定好声音的频率和节拍后，直接调用发声子程序，控制扬声器发出用户所需要的声音：

call sound

［1］ 沈美明，温冬婵.IBM－PC汇编语言程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2001.

［2］ 刘乐善.微型计算机接口技术及应用［M］.武汉：华中科技大学出版社，2000.

［3］ 方风波，黄鹤鸣.微机原理与接口技术及实训［M］.北京：科学出版社，2006.