Форум на Исходниках.RU https://forum.sources.ru Форум на Исходниках.RU Форум на Исходниках.RU https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=89297&view=findpost&p=665947 Thu, 31 Mar 2005 16:13:29 +0000 Воспроизведение звука из PC Speaker'а https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=89297&view=findpost&p=665947
Воспроизведение звука из системного динамика (PC Speaker'а)

Для того чтобы заставить встроенный системный динамик издать какой-либо сигнал, необходимо задействовать две микросхемы:
  • Программируемый таймер i8253/i8254.
  • Программируемый периферийный интерфейс (ППИ) i8255.
Системный таймер представляет собой генератор импульсов, работающий с частотой 1193181 Гц (~ 1.19 МГц). Он подаёт импульсы на три канала: канал 0 (генерирующий прерывание 8, т.е. IRQ0), канал 1 (предназначенный для регенерации памяти) и канал 2 (связанный с системным динамиком). Принцип работы всех каналов одинаковый. Каждый из них имеет несколько регистров: регистр управляющего слова (CWR, 8 бит), регистр состояния счётчика, регистр-счётчик (Counting Element (CE), 16 бит), регистр, хранящий значение коэффициента пересчёта (CR, 16 бит) и регистр-защёлку (OL, 16 бит), в который периодически передаётся значение регистра-счётчика. При каждом поступлении импульса от таймера происходит декремент (уменьшение на единицу) значения регистра-счётчика. В режиме работы 2 и 3 (см. ниже) при достижении нулевого значения в регистр-счётчик загружается значение коэффициента пересчёта, которое может быть установлено при помощи записи в соответствующий порт ввода-вывода (40h для канала 0, 41h для канала 1 и 42h для канала 2) и весь процесс повторяется заново. Т.о, чем меньше коэффициент пересчёта, тем короче цикл счёта (и длится он CR/1193181 секунды, т.е. повторяется с частотой 1193181/CR Гц). Каждый канал имеет шесть режимов работы, но нам больше всего подходит режим 3 (генератор меандра), т.к. именно в этом режиме положительный и отрицательный выходной сигнал занимают по половине периода счёта1.
На вход звукогенератора поступает логическое "И" двух сигналов: выхода второго канала таймера и содержимого бита 1 порта PB ППИ (порт 61h). Счёт же второго канала разрешается только в том случае, если установлен бит 0 порта PB ППИ. Т.о, всё, что нам необходимо сделать - это инициализировать таймер и установить биты 0 и 1 порта PB ППИ. Для инициализации таймера нужно записать некоторое значение в регистр управляющего слова (доступ к которому осуществляется посредством записи в порт 43h), а затем поочерёдно младший и старший байты коэффициента пересчёта, т.е. значения (1193181/частота) в порт ввода-вывода канала 2 (порт 42h). Регистр управляющего слова имеет следующую структуру:
  • бит 0 определяет тип константы, загружаемой в CR: 0 - двоичное число, 1 - двоично-десятичное (BCD), обычно = 0;
  • биты 1-3 определяют режим работы канала: для режима 3 = 011b;
  • биты 4-5 определяют тип операции: 00b - "защёлкивание" - зафиксировать значение регистра-защёлки для (и до) последующего чтения через порт 40h, 41h или 42h (сначала читается младший байт, затем старший), 01b - запись младшего байта регистра пересчёта, 10b - запись старшего байта регистра пересчёта, 11b - запись сначала младшего, затем старшего байта регистра пересчёта;
  • биты 6-7 определяют номер канала: для канала 2 = 10h.
Т.е. в нашем случае необходимо записать значение 10110110b (0B6h).

Для отключения звука достаточно сбросить биты 0 и 1 порта PB ППИ.

А вот, собственно, и сам код (SOUND.INC):
    ; Подключка для генерации звука
     
    ; Процедура Sound: включить звук
    ; Вход: AX = частота звука (Гц)
    Sound       proc
            mov dx,12h
            cmp ax,dx          ; Частота <= 18 Гц ?
            jbe @@Exit         ; Да, на выход, чтобы избежать переполнения
            xchg    cx,ax          ; Сохраняем частоту в СX
            mov al,10110110b   ; Упр.сл.таймера: канал 2, режим 3, дв.слово
            out 43h,al         ; Выводим в регистр режима
            mov ax,34DDh       ; DX:AX = 1193181
            div cx             ; AX = (DX:AX) / СX
            out 42h,al         ; Записываем младший байт счетчика
            mov al,ah
            out 42h,al         ; Записываем старший байт счетчика
            in  al,61h         ; Порт PB
            or  al,11b         ; Устанавливаем биты 0-1
            out 61h,al         ; Записываем обратно в PB
    @@Exit:     ret                    ; Выходим из процедуры
    Sound       endp
     
    ; Процедура NoSound: отключить звук
    NoSound     proc
            in  al,61h         ; Порт PB
            and al,not 11b     ; Сбрасываем биты 0-1
            out 61h,al         ; Записываем обратно в PB
            ret                    ; Выходим из процедуры
    NoSound     endp
1 Кстати, при начальной загрузке BIOS инициализирует канал 0 для работы в режиме 3, а в регистр коэффициента пересчёта записывается 0, т.е. 65536 декрементов на цикл счёта. При этом IRQ0 (int 08h) генерируется каждый раз при достижении регистром-счётчиком нуля, т.е. ~ 18.2 раза в секунду.

Теперь я хочу рассказать немного о нотах. Как известно, в природе существует 12 нот (7 основных и 5 с производными названиями), также известно, что изменение высоты на октаву - это изменение частоты в два раза, а частота ноты "ля" первой октавы = 440 Гц. Отсюда получаем, что изменение высоты на полутон - это изменение в корень 12-й степени из 2 раз (~ 1.059463). Вычисляем частоту ноты "до" самой низкой октавы фортепиано (субконтроктавы) и получаем ~ 16.351598 Гц. Таким образом, вычисление частоты ноты сводится к простейшей процедуре:
  • Умножаем значение 16.351598 на 2 столько раз, на сколько нужная нам октава выше субконтроктавы.
  • Умножаем получившееся значение на 1.059463 столько раз, на сколько полутонов нужная нам нота выше ноты "до".
P.S. Кстати, Вы не забыли, что от перестановки мест множителей произведение не меняется? :)
Для вычислений можно, конечно, привлечь математический сопроцессор, но я нашёл более, как мне кажется, короткий и быстрый путь (NOTEFREQ.INC):
    ; Подключка для получения частоты ноты
     
    ; Процедура GetNoteFreq: получение частоты ноты
    ; Вход:   AH = номер октавы, AL = номер ноты
    ; Выход:  AX = частота (Гц)
    ; Октавы: 0-субконтроктава, 1-контроктава, 2-большая, 3-малая, 4-первая, 5-вторая... 9-шестая
    ; Ноты:   0-до, 1-до#, 2-ре, 3-ре#, 4-ми, 5-фа, 6-фа#, 7-соль, 8-соль#, 9-ля, 10-ля#, 11-си
    GetNoteFreq     proc
            xchg    cx,ax
            cmp cl,11
            jbe @@OkNote
            mov cl,11
    @@OkNote:   mov ax,7
            mov dx,0B78Ah+23
            mov bx,61858
    @@1:        xchg    dx,ax
            div bx
            push    ax
            div bx
            xchg    ax,dx
            pop ax
            dec cl
            jns @@1
     
            cmp ch,9
            jbe @@2
            mov ch,9
    @@2:        shl dx,1
            rcl ax,1
            dec ch
            jns @@2
            shl dx,1
            adc ax,0
            ret
    GetNoteFreq     endp
]]> Jin X Assembler FAQ