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;=============================================
; todo: 录音满时需提醒
; +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
; | 微机原理和接口技术 综合设计 |
; +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
;
; ----- 软件功能 -----
; 配套唐都仪器TD-PITE实验环境，实现一个简易电子钟程序。
; 主要功能：
; 弹奏功能：按下按键时播放声音
; 录音功能：边弹奏边录制
; 播放功能：播放内存中的声音
;
; ----- 使用外设 -----
; 矩阵键盘x1、蜂鸣器x1、数码管x1
;
; ----- 使用芯片 -----
; 8253定时器、8255并行接口、8259中断
;
; ----- 使用资源 -----
; 中断x1、IO使能信号口x2
;
;=============================================
; S1 ========== 定义部分 ========== ;
; S1.1 -------- 参数设置部分 -------- ;
; S1.1.1 ------ 用户定义参数 ------ ;
; 定时器输入时钟频率
TIM_CLKSRC_FREQ equ 184320
; Systick频率
SYSTICK_FREQ equ 500 ; 实际上是1kHz
TIM_CLKSRC_TONE_H equ 02h
TIM_CLKSRC_TONE_L equ 0D000h
; 数码管扫描速度（Systick分频系数）
SEG_SRV_DUTY equ 1
; 8254定时器外设地址
M8254_ADDR equ IOY0
; 8255并口外设地址
M8255_ADDR equ IOY1
; S1.1.2 ------ 参数计算部分 ------ ;
; SYSTICK分频数
SYSTICK_TIM_COUNT equ TIM_CLKSRC_FREQ/SYSTICK_FREQ
; S1.2 -------- 地址定义 -------- ;
; 存储器地址定义
DATA_ADDR equ 0000h
; 端口定义
IOY0 equ 0600h ; IO使能线0地址
IOY1 equ 0640h ; IO使能线0地址
IOY2 equ 0680h ; IO使能线0地址
IOY3 equ 06C0h ; IO使能线0地址
; 8254定时器芯片
M8254_A equ M8254_ADDR+00h*2 ; 8254 Channel A
M8254_B equ M8254_ADDR+01h*2 ; 8254 Channel B
M8254_C equ M8254_ADDR+02h*2 ; 8254 Channel C
M8254_CTL equ M8254_ADDR+03h*2 ; 8254 Port Control
; 8255并口芯片
M8255_A equ M8255_ADDR+00h*2 ; 8255 Port A
M8255_B equ M8255_ADDR+01h*2 ; 8255 Port B
M8255_C equ M8255_ADDR+02h*2 ; 8255 Port C
M8255_CTL equ M8255_ADDR+03h*2 ; 8255 Port Control
; 8259定时器芯片
M8259M_ICW1 equ 0020h
M8259M_ICW2 equ 0021h
M8259M_ICW3 equ 0021h
M8259M_ICW4 equ 0021h
M8259M_OCW1 equ 0021h
M8259M_OCW2 equ 0020h
M8259M_OCW3 equ 0020h
M8259M_IRR equ 0020h
M8259M_ISR equ 0020h
M8259S_ICW1 equ 00A0h
M8259S_ICW2 equ 00A1h
M8259S_ICW3 equ 00A1h
M8259S_ICW4 equ 00A1h
M8259S_OCW1 equ 00A1h
M8259S_OCW2 equ 00A0h
M8259S_OCW3 equ 00A0h
M8259S_IRR equ 00A0h
M8259S_ISR equ 00A0h
; S2 ========== 数据部分 ==========
; -------- 数据段 --------
data segment
; 数码管段码表
seg_table db 3Fh,06h,5Bh,4Fh,66h,6Dh,7Dh,07h,7Fh,6Fh ; 0123456789
db 39h,5Eh,79h,71h,3Dh,77h,7Ch,00h ; cdefgab不显示
; 声音频率表
freq_table dw 131,147,165,175,196,221,248,262,294,330,371,416,467
;freq_table_m = freq_tablex2
;freq_table_h = freq_tablex4
; 数码管缓存，6位数码管
seg_data db 00h,00h,39h,06h,00h,06h
; 显示分配：
; 当前模式（1 演奏模式 2 录音模式 3 播放模式）
; 不显示
; 当前音调
; 当前音区
; 当前音阶
; 不显示
; 数码管刷新周期倒数
seg_refresh_duty_count db 00h
; 数码管当前位
seg_current_chip db 00h
; 按键状态位
key_status_current db 00h
key_status_last db 00h
; systick时间
systick_time dw 00h
; 上次按键
last_key db 00h
; 当前音区
current_zone db 01h ; default: mid
; 当前音调
current_tone db 00h ; default: C
; 当前模式
current_mode db 01h
; 01-piano 02-record 03-play
; 数码管使能标志
seg_enable db 01h
; 录音指针
recorder_head db 00h
; 录音上次记录按键按下/弹起时间
recorder_last_time dw 00h
; 录音数据区
recorder_data dw 210 dup(00h)
;recorder_data dw 0001h,00F00h,00F00h, 0002h,00F00h,00F00h, 0003h,00F00h,0F00h, 0100h,1600h,0000h
recorder_end dw 00h
; 播放程序状态
player_status db 00h
; 00 - need to send beep configurations
; 01 - waiting for first sequence
; 02 - waiting for second sequence
player_head db 00h
player_last_time dw 00h
data ends
; -------- 堆栈段 --------
sstack segment stack
dw 32 dup(?)
sstack ends
; S3 ========== 程序部分 ==========
code segment
assume cs:code, ss:sstack, ds:data
start:
mov ax, data
mov ds, ax
; S3.1 -------- 主程序 --------
mov ax, offset recorder_data
; 初始化 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
call init
; 主循环 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
FPP:
; 更新上一按键状态 --------------------------------
mov last_key, al
mov bl, key_status_last
mov bh, key_status_current
mov bl, bh
mov key_status_last, bl
; 键盘扫描 ------------------------------------
call seg_set_enable
mov cx, 20
call delay
call seg_set_disable
call keyscan
test al, 0FFh
jz main_cond_keyscan_nokey
main_cond_keyscan_pressed:
; 保存当前按键状态
mov bh, 01h
mov key_status_current, bh
call probe_led_on
jmp main_cond_keyscan_end
main_cond_keyscan_nokey:
; 保存当前按键状态
mov bh, 00h
mov key_status_current, bh
call probe_led_off
main_cond_keyscan_end:
; 此时 al-按键值 bl-上一按键状态 bh-当前按键状态
; 按键事件处理 ----------------------------------
; 按键处理程序中，bx可任意更改
test bl, 01h
jnz main_cond_keyevent_last_pressed
main_cond_keyevent_last_nokey:
test bh, 01h
jnz main_cond_keyevent_last_nokey_current_pressed
main_cond_keyevent_last_nokey_current_nokey:
call keyevent_handler_idle
jmp main_cond_keyevent_last_end
main_cond_keyevent_last_nokey_current_pressed:
call keyevent_handler_pressed
jmp main_cond_keyevent_last_end
main_cond_keyevent_last_pressed:
test bh, 01h
jnz main_cond_keyevent_last_pressed_current_pressed
main_cond_keyevent_last_pressed_current_nokey:
call keyevent_handler_released
jmp main_cond_keyevent_last_end
main_cond_keyevent_last_pressed_current_pressed:
call keyevent_handler_hold
jmp main_cond_keyevent_last_end
main_cond_keyevent_last_end:
; 键盘扫描后续处理
call keyscan_next_hook
LPP: NOP
jmp FPP
; S3.2 -------- 子程序 --------
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; 系统初始化子程序
init proc
cli
call irq_init
call M8254_init
call M8255_init
call M8259_init
mov key_status_current, 00h
mov key_status_last, 00h
mov systick_time, 0
mov current_zone, 1
mov current_tone, 0
mov current_mode, 01
mov recorder_head, 0
mov player_head, 0
mov player_status, 0
mov seg_data[0], 00h
mov seg_data[1], 00h
mov seg_data[2], 39h
mov seg_data[3], 06h
mov seg_data[4], 00h
mov seg_data[5], 06h
sti
ret
init endp
; 中断初始化子程序
; 填写中断向量表
irq_init proc
push ax
push ds
push si
mov ax, 0000h
mov ds, ax
mov ax, offset mir7_handler
mov si, 003Ch
mov [si], ax
mov ax, cs
mov si, 003Eh
mov [si], ax
pop si
pop ds
pop ax
ret
irq_init endp
; S3.2.2 ------ 外设库 ------
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.2.1 定时器外设
; 8254定时器初始化子程序
M8254_init proc
push dx
push ax
mov dx, M8254_CTL ; 控制端口
mov al, 00110100b ; 计数器0，16位读写，方式2，二进制
out dx, al
mov al, 01110110b ; 计数器1，16b，方式3，二进制
out dx, al
mov dx, M8254_A ; 计数器0
mov ax, SYSTICK_TIM_COUNT ; SYSTICK定时器计数
out dx, al ; 写通道0高低8位计数
mov al, ah
out dx, al
pop ax
pop dx
ret
M8254_init endp
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.2.2 并口外设
; 8255并口初始化子程序
M8255_init proc
push dx
push ax
mov dx, M8255_CTL
mov al, 10000001b ; 方式0，A-O, CH-O, B_0, B-O, CL-I
out dx, al
pop ax
pop dx
ret
M8255_init endp
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.2.3 中断外设
; 8259中断初始化子程序
M8259_init proc
push ax
; 初始化主片8259
mov al, 00010001b ; ICW1 边沿触发模式
out M8259M_ICW1, al
mov al, 00001000b ; ICW2
out M8259M_ICW2, al
mov al, 00000100b ; ICW3 从片在IR2
out M8259M_ICW3, al
mov al, 00000001b ; ICW4 全嵌套，不自动失能
out M8259M_ICW4, al
mov al, 01111111b ; 7号SYSTICK
out M8259M_OCW1, al
pop ax
ret
M8259_init endp
; S3.2.3 ------ 应用库 ------
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.3.1 延时程序
delay_1ms proc
push ax
push bx
mov ax, systick_time
mov bx, ax
inc bx
delay_1ms_loop_begin:
mov ax, systick_time
sub ax, bx
jnz delay_1ms_loop_begin
pop bx
pop ax
ret
delay_1ms endp
; 延时n子程序(systick) >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
; 传入：cx 延时毫秒数
delay proc
delay_loop_begin:
call delay_1ms
loop delay_loop_begin
delay_loop_end:
ret
delay endp
; 延时20ms子程序（用于键盘消抖） >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
delay_20ms proc
push cx
mov cx, 20
call delay
pop cx
ret
delay_20ms endp
; S3.2.4 ------ 模块库 ------
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.4.1 键盘模块
; 键盘判断按键按下 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
; 传出：zero标志位
keyscan_get_status proc
push ax
push dx
; 通道A输出低电平
mov al, 00h
mov dx, M8255_A
out dx, al
; 通道C读取
mov dx, M8255_C
in al, dx
not al
and al, 0Fh
pop dx
pop ax
ret
keyscan_get_status endp
; 键盘扫描-获取当前列数据 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
; 传出：cx 第n行，为0为未扫描到
keyscan_get_column proc
push dx
push ax
; 读取端口C -> AL
mov dx, M8255_C
in al, dx
; 循环检测列扫描输出信号，共循环5次
mov cx, 0004h
keyscan_get_column_loop_begin:
; 如果cx=0，说明没有扫描到信号，退出循环
test cx, 0FFFFh
jz keyscan_get_column_loop_end
; 否则继续
shr al, 1
jnc keyscan_get_column_loop_end ; 如果当前为0则退出扫描（已扫描到）
loop keyscan_get_column_loop_begin
keyscan_get_column_loop_end:
; 循环结束
pop ax
pop dx
ret
keyscan_get_column endp
; 键盘扫描子程序 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
; 传出：al 按键值
keyscan_get_key proc
push bx
push cx
push dx
; 循环设置端口A输出值，共循环5次
mov al, 11101111b ; 结合循环移位，可产生0111 1011 1101 1110 扫描码
mov cx, 0004h
keyscan_get_key_loop_begin:
test cx, 0FFFFh
jz keyscan_get_key_loop_end ; 如果CX为0,退出循环
shr al, 1
mov dx, M8255_A ; 输出扫描码至A端口
out dx, al
mov bx, cx ; 列扫描子程序需要使用CX传递结果
call keyscan_get_column ; 调用扫描子程序
test cx, 0FFFFh
jnz keyscan_get_key_loop_end ; 如果返回值不为0，说明扫描到了，退出循环
mov cx, bx ; 恢复CX
loop keyscan_get_key_loop_begin ; 否则未扫描到，需要进行下一次循环
keyscan_get_key_loop_end:
; 条件选择：根据CX是否为0判断是否扫描到按键
test cx, 0FFFFh
jz keyscan_get_key_cond_err ; CX=0，未扫描到按键
; 成功扫描到按键
; 当前 bx=第几列 cx=第几行
; 计算按键值=(cx-1)*4+(5-bx) Not right
; (4-cl)*4+(bl)
mov ch, 4
sub ch, cl
shl ch, 1
shl ch, 1
mov al, bl
add al, ch
jmp keyscan_get_key_cond_end
; 未扫描到按键，按键编码=0
keyscan_get_key_cond_err:
mov al, 00h
keyscan_get_key_cond_end:
pop dx
pop cx
pop bx
ret
keyscan_get_key endp
; 键盘扫描 完整程序 >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
keyscan proc
push bx
; 判断按键是否被按下
keyscan_cond_ispressed:
; 保存端口A状态
mov dx, M8255_A
in al, dx
call keyscan_get_status
; 恢复端口A状态
mov dx, M8255_A
out dx, al
jz keyscan_cond_ispressed_false ; 如果无按键按下，退出
; 如果被按下
; 延时20ms，再次判断是否按下
call delay_20ms
; 保存端口A状态
mov dx, M8255_A
in al, dx
call keyscan_get_status
; 恢复端口A状态
mov dx, M8255_A
out dx, al
jz keyscan_cond_ispressed_false ; 第二次无按键按下，也退出
; 如果第二次也按下（稳态）
; 保存端口A状态
mov dx, M8255_A
in al, dx
mov bl, al
call keyscan_get_key ; 获取按键（存于AL）
mov ah, al
; 恢复端口A状态
mov al, bl
mov dx, M8255_A
out dx, al
mov al, ah
jmp keyscan_return ; 返回
; 如果未按下
keyscan_cond_ispressed_false:
; 退出
mov al, 00h
jmp keyscan_return
keyscan_return:
pop bx
ret
keyscan endp
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.4.2 数码管模块
; 数码管动态刷新显示
seg_display proc
push ax
push bx
push dx
mov al, 00h
mov dx, M8255_B
out dx, al ; 消隐
mov al, seg_enable
cmp al, 1
jnz seg_display_end
; 获取当前数码管片选
mov al, seg_current_chip
cmp al, 00011111b
jz seg1_show
cmp al, 00101111b
jz seg2_show
cmp al, 00110111b
jz seg3_show
cmp al, 00111011b
jz seg4_show
cmp al, 00111101b
jz seg5_show
jmp seg6_show
seg1_show:
mov al, 00011111b
mov ah, seg_data[0]
mov bl, 00101111b
jmp seg_display_return
seg2_show:
mov al, 00101111b
mov ah, seg_data[1]
mov bl, 00110111b
jmp seg_display_return
seg3_show:
mov al, 00110111b
mov ah, seg_data[2]
mov bl, 00111011b
jmp seg_display_return
seg4_show:
mov al, 00111011b
mov ah, seg_data[3]
mov bl, 00111101b
jmp seg_display_return
seg5_show:
mov al, 00111101b
mov ah, seg_data[4]
mov bl, 00111110b
jmp seg_display_return
seg6_show:
mov al, 00111110b
mov ah, seg_data[5]
mov bl, 00011111b
seg_display_return:
mov dx, M8255_A
out dx, al ; 片选
mov al, ah
mov dx, M8255_B
out dx, al ; 显示
mov seg_current_chip, bl
seg_display_end:
pop dx
pop bx
pop ax
ret
seg_display endp
seg_set_enable proc
mov seg_enable, 1
ret
seg_set_enable endp
seg_set_disable proc
mov seg_enable, 0
ret
seg_set_disable endp
seg_display_piano proc
push si
push ax
; 模式
mov si, 1
mov ah, seg_table[si]
mov seg_data[5], ah
; 不显示
mov seg_data[4], 00h
; 音调
mov al, current_tone
mov si, ax
and si, 00FFh
add si, 10
mov ah, seg_table[si]
mov seg_data[3], ah
; 音区
mov al, current_zone
mov si, ax
and si, 00FFh
mov ah, seg_table[si]
mov seg_data[2], ah
; 音阶 不显示
mov seg_data[1], 00h
; 不显示
mov seg_data[0], 00h
pop ax
pop si
ret
seg_display_piano endp
; /////////////////////////////////////////////////////////////
; S3.2.4.3 蜂鸣器模块
; 蜂鸣器开关
; 8255 PC4->8254 GATE1
beep_enable proc
push dx
push ax
; 设置PC4=1
mov dx, M8255_CTL
mov al, 00001001b
out dx, al
pop ax
pop dx
ret
beep_enable endp
beep_disable proc
push dx
push ax
; 设置PC4=0
mov dx, M8255_CTL
mov al, 00001000b
out dx, al
pop ax
pop dx
ret
beep_disable endp
; 蜂鸣器频率设置
; 传入：al 音调 ah 音阶
beep_set_tone proc
push si
push ax
push bx
push cx
push dx
; 获取频率
; al 存放音符
mov si, ax
and si, 00FFh
; ah[3:0] 存放音调
; c-0 d-1 e-2 f-3 g-4 a-5 b-6
mov bl, ah
and bx, 000Fh
add si, bx
shl si, 1
mov bx, freq_table[si]
; ah[7:4] 存放音区
; 低-0 中-1 高-2
mov cl, ah
shr cl, 1
shr cl, 1
shl bx, cl
; 计算分频数
mov dx, TIM_CLKSRC_TONE_H
mov ax, TIM_CLKSRC_TONE_L
div bx
mov bx, ax
; 定时器值送往8254
mov dx, M8254_B
mov al, bl
out dx, al
mov al, bh
out dx, al
pop dx
pop cx
pop bx
pop ax
pop si
ret
beep_set_tone endp
probe_led_on proc
push dx
push ax
; 设置PC5=1
mov dx, M8255_CTL
mov al, 00001011b
out dx, al
pop ax
pop dx
ret
probe_led_on endp
probe_led_off proc
push dx
push ax
; 设置PC5=0
mov dx, M8255_CTL
mov al, 00001010b
out dx, al
pop ax
pop dx
ret
probe_led_off endp
; S3.2.5 ------ 按键处理 ------
; 按键按下程序
keyevent_handler_pressed proc
call mod_mode_pressed
call mod_piano_pressed
call mod_recorder_pressed
call mod_player_pressed
ret
keyevent_handler_pressed endp
; 按键弹起程序
keyevent_handler_released proc
call mod_piano_released
call mod_recorder_released
ret
keyevent_handler_released endp
; 按键保持程序
keyevent_handler_hold proc
ret
keyevent_handler_hold endp
; 按键空闲程序
keyevent_handler_idle proc
call mod_player_idle
ret
keyevent_handler_idle endp
; 键盘扫描后续处理
keyscan_next_hook proc
; 更新数码管：当前模式
ret
keyscan_next_hook endp
; 模式切换处理hook
; 传入： al 按键值
; 传出： al 按键值
mod_mode_pressed proc
push bx
mov bl, current_mode
; key 13 record
cmp al, 13
jnz mod_mode_pressed_not_13
; current piano target recorder
cmp bl, 01
jz mod_mode_to_recorder
; current recorder target recorder
cmp bl, 02
jz mod_mode_to_piano
; current player target recorder ignored
jmp mod_mode_pressed_return
mod_mode_pressed_not_13:
; key 14 play
cmp al, 14
jnz mod_mode_pressed_return
; current piano target player
cmp bl, 01
jz mod_mode_to_player
; current recorder target player ignored
cmp bl, 02
jz mod_mode_pressed_return
; current player target player
jmp mod_mode_to_piano
mod_mode_to_piano:
; 正在录音，保存录音并退出 ---------------------probe 与下方代码重复，可优化
push dx
push si
cmp bl, 02
jnz mod_mode_to_piano_not_recording
; close recording
mov dl, recorder_head
; if have no recording data, ignore
test dl, 0FFh
jz mod_mode_to_piano_not_recording
mov si, dx
and si, 00FFh
mov recorder_data[si], 0
mov recorder_head, 0
mov recorder_last_time, 0
mod_mode_to_piano_not_recording:
cmp bl, 03
jnz mod_mode_to_piano_not_playing
; close playing
mov player_head, 0
call beep_disable
mov player_status, 00h
call seg_display_piano
mod_mode_to_piano_not_playing:
pop si
pop dx
mov bl, 01
jmp mod_mode_to_end
mod_mode_to_recorder:
mov bl, 02
jmp mod_mode_to_end
mod_mode_to_player:
mov bl, 03
mod_mode_to_end:
mov current_mode, bl
mov si, bx
and si, 00FFh
mov ah, seg_table[si]
mov seg_data[5], ah
mod_mode_pressed_return:
pop bx
ret
mod_mode_pressed endp
; S3.2.6 ------ 演奏程序 ------
; 演奏程序-按键按下事件hook
; 传入： al 按键值
; 传出： al 按键值 bx 蜂鸣器配置值
mod_piano_pressed proc
push ax ; 保存按键值
; no response to mode 3(playing)
mov bl, current_mode
cmp bl, 03
jz mod_piano_pressed_return_temp
; key 0
cmp al, 00h
jz mod_piano_pressed_return_temp
; key 1-7
cmp al, 8
jc mod_piano_pressed_key_note