單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)分析

劉希璐　劉鵬

摘 要 針對目前教學(xué)中對單片機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際需求，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)基于Visual C++的AT89S51單片機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可向用戶提供一個(gè)可視化的匯編語言集成編譯環(huán)境，提供匯編語言的編輯、編譯、電路顯示和寄存器監(jiān)控等功能。

關(guān)鍵詞 AT89S51 單片機(jī) 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ISP 編程器

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上位機(jī)控制軟件的編程模塊根據(jù)MCU芯片編程手冊上規(guī)定的命令協(xié)議，控制程序中所要求的不同地址的引腳置高或低電平從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)行單片機(jī)的編程，編程軟件可以通過并口、串口和ISP在系統(tǒng)編程三種方式對下位機(jī)實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行編程，這部分功能在Visual C++編程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)；子程序庫查詢模塊根據(jù)Delphi強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫操作功能，把存放在數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)行的51子程序通過標(biāo)號(hào)查詢、功能查詢和遍歷的方式查找所需要的子程序，可以方便的應(yīng)用到編程中：編程仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K把編寫好的源代碼以十六進(jìn)制的格式編程寫入單片機(jī)，并在仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)時(shí)地仿真出來。

1單片機(jī)選型

在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，Intel公司將其MCS-51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC設(shè)計(jì)廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。目前，單片機(jī)進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展，越來越多的高性能和多品種單片機(jī)出現(xiàn)。一個(gè)好的單片機(jī)編程仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必須有與之適合的MCU，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要是根據(jù)單片機(jī)的ISP在系統(tǒng)編程功能，使程序下載到目標(biāo)單片機(jī)中并即時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)可選用Atmel公司生產(chǎn)的具有ISP功能的AT89S51單片機(jī)

2控制軟件設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原理

根據(jù)MGU芯片編程手冊上規(guī)定的命令協(xié)議，通過一定的時(shí)序向不同的引腳置高或低的編程電壓實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的編程，將代碼寫入單片機(jī)的ROM中。

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的編程器模塊就是根據(jù)這一原理，在PC上位機(jī)和單片機(jī)之間規(guī)定通訊協(xié)議，按照通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)PC機(jī)上的編程控制軟件與單片機(jī)通訊，使單片機(jī)編程器控制程序中所要求的不同地址的引腳置高或低電平從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的編程。

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的子程序查詢模塊通過把單片機(jī)子程序的各要素按一定的規(guī)則放入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)Delphi強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫查詢功能，通過標(biāo)號(hào)和子程序功能字段實(shí)現(xiàn)單片機(jī)子程序的查詢。

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的編程仿真模塊根據(jù)實(shí)驗(yàn)板仿真的結(jié)果，通過Delphi的編程把實(shí)驗(yàn)結(jié)果在系統(tǒng)中模擬出來。

2.2編程操作流程圖

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的編程模塊分兩部分對目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行編程，分別為上位機(jī)編程控制部分和下位機(jī)編程控制部分。

3單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體邏輯結(jié)構(gòu)

該單片機(jī)編程仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用其在系統(tǒng)可編程（ISP）功能，在軟件仿真正確的前提下，直接對目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行在系統(tǒng)編程，實(shí)時(shí)運(yùn)行并立刻出現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行效果。

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則是，實(shí)驗(yàn)板除編程模塊外，仿真支持的實(shí)驗(yàn)，除了支持單片機(jī)在片硬件資源外，還應(yīng)設(shè)計(jì)一些接口器件實(shí)驗(yàn)和可編程I/O接口實(shí)驗(yàn)。

4單片機(jī)編程器模塊

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的編程器模塊總體設(shè)計(jì)主要分為三部分：操作部分、設(shè)置部分和顯示部分。其中，操作部分包括打開文件、保存文件、擦除器件、寫器件、讀器件、校驗(yàn)數(shù)據(jù)和鎖定部分；設(shè)置部分包括設(shè)置加密位，選擇編程器類型、串口、波特率和下載線性能設(shè)置；顯示部分包括提示信息、緩沖存儲(chǔ)區(qū)1內(nèi)容和緩沖存儲(chǔ)區(qū)2內(nèi)容。

5總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)可選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89S51具有在系統(tǒng)編程（ISP）功能，ISP可以加速產(chǎn)品的上市并降低研發(fā)成本，ISP技術(shù)可以縮短從設(shè)計(jì)、制造到現(xiàn)場調(diào)試、簡化生產(chǎn)流程并采用經(jīng)證實(shí)更有效的方式進(jìn)行現(xiàn)場升級(jí)和維護(hù)，大大提高了工作效率。無論在單片機(jī)上，還是在CPLD/FPGA上都得到了廣泛的應(yīng)用，ISP技術(shù)是未來發(fā)展方向。

單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的編程模塊根據(jù)AT89S51的ISP功能對單片機(jī)進(jìn)行編程?？梢灾苯訉︽i緊座的目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行在系統(tǒng)編程，實(shí)時(shí)運(yùn)行并立刻出現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行效果。單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可重復(fù)對目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行編程運(yùn)行，只需在編程前擦除片內(nèi)ROM內(nèi)容，即可再次編程，省去了拔插芯片的麻煩，使學(xué)習(xí)更加方便、快捷。

6結(jié)語

針對現(xiàn)有單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)資源所存在的種種不足，根據(jù)單片機(jī)仿真原理，采用模塊化的結(jié)構(gòu)，精心設(shè)計(jì)一款單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)可適用于多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生自己編程實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)試，并將逐步增加編程支持的芯片和完善其他一些實(shí)驗(yàn)電路板。通過開發(fā)單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際相結(jié)合，提高了分析問題、解決問題和實(shí)際動(dòng)手的能力。

作者簡介：劉希璐（1969-）男 ，河南商丘人，講師，研究方向：機(jī)電技術(shù)研究。劉鵬（1977-）男，山東菏澤人，講師，研究方向：電力控制系統(tǒng)研究。

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